Een foute verhouding tussen de aantallen protonen en neutronen veroorzaakt een onstabiele kern. Zo'n onstabiele kern heeft de neiging om te zoeken naar stabiliteit.
Dat lukt alleen als in de kern de verhouding 'protonen:neutronen' verandert. Er moeten neutronen bij, of weg of het aantal protonen moet anders.
Bij onstabiele kernen verloopt zo'n proces op een natuurlijke, spontane manier. Het gaat vanzelf. Je kunt er zelfs niets tegen doen.
Vaak bereikt de kern stabiliteit via een reeks van dit soort veranderingen; het gaat in stappen. Die kunnen miliseconden duren, maar soms ook miljoenen jaren.
Dit type veranderingen (die de kern zelf aanstuurt) noemen we "natuurlijke radioactiviteit". Het zijn natuurlijke kernreacties.
Het kan ook anders: Er zijn ook kunstmatige vormen van kernreacties, als bijvoorbeeld een atoomkern beschoten wordt met bepaalde zeer energierijke deeltjes. De kernen worden dan op een kunstmatige manier onstabiel gemaakt. Dan heb je "kunstmatige radioactiviteit".
Dit hele verschijnsel noemen we dus radioactiviteit, die natuurlijk kan zijn of kunstmatig.
De stappen die een atoom tot zijn beschikking heeft om op zoek te gaan naar meer stabiliteit, dus om zich (in de kern) te veranderen, beperken zich tot de volgende twee mogelijkheden:
- Een neutron kan veranderen in een proton. Daarbij maakt het een nieuw elektron, het atoom verliest dat elektron en zendt het weg met veel energie (=β-straling).
Dit gebeurt in principe als een atoom teveel neutronen heeft. - De tweede mogelijkheid waar het atoom over beschikt is om een pakketje van vier nucleonen in één keer weg te sturen, de kern uit, het atoom uit zelfs. Het pakketje is samengesteld uit 2 protonen en 2 neutronen, heeft dus een positieve lading, en het pakketje wordt ook wel een α-deeltje genoemd of α-straling.
Dit proces heeft de voorkeur als er teveel protonen in de kern zitten.
Als er iets verandert in de kern, noem je dat een kernreactie. Je kunt zo'n reactie op een scheikundige manier opschrijven, noteren, met een zogenaamde kernreactievergelijking.
Dit is een natuurlijke kernreactie, waarbij de atoomkern van een Uraniumatoon een pakketje uitstoot van vier kerndeeltjes). Daarbij ontstaat een nieuw atoom: Thorium
Dit is een natuurlijke kernreactie, waarbij een radioactief koolstofatoom teveel neutronen heeft en daarom begint met ééntje daarvan om te zetten in een proton. Een elektron wordt daarbij gevormd en met kracht uitgestoten.
Dit is een kunstmatige kernreactie, waarbij een neutron met grote kracht naar binnen wordt geschoten in de kern van een Boriumatoon. Dat wordt daardoor onstabiel en ondergaat een kernreactie: een pakketje van vier kerndeeltjes wordt meteen verwijderd, als reactie op die aanval.
Brandstof voor kerncentrales kan zijn Uranium(235) waarvan de kernen een neutron vangen en dan een kernreactie starten die bijzonder veel warmte-energie oplevert (We noemen dat een exotherme reactie).
De andere isotoop, Uranium(238) kan ook een neutron vangen en Plutonium(239) vormen. Dit Plutonium kan weer dienen als grondstof bij de productie van atoombommen.