核反應與 Q 值
核反應 a + X \rightarrow Y + b 守恆核子數 A、電荷 Z 與能量—動量。它釋放的能量又是一個 Q 值：把反應前後的質量相加相減。Q>0 為放熱（放出能量，如核分裂與核融合）；Q<0 為吸熱，需要一個閾值動能才能進行。
反應 Q 值——核能量學的總會計。
一個反應有多可能，是另一個問題，由它的截面 \sigma 回答——原子核所呈現的有效標靶面積，以靶恩（barn，10^{-28}\,\mathrm{m}^2）為單位。反應率等於通量乘數密度乘 \sigma。一個反應可以極度放熱，卻因截面極小而幾乎不發生——能量學與機率是各自獨立的。
核分裂：分裂重核端
在核分裂中，鈾-235 這類重核吸收一個慢中子，像被過度拉伸的液滴般搖晃，直到庫侖斥力勝過表面張力，裂成兩個中等質量碎片外加兩到三個新中子——每次事件釋放約 200 MeV。其中大部分能量是飛散碎片的動能。這些碎片富含中子、會繼續 β 衰變，這正是放射性廢料的來源。
連鎖反應與臨界
一次核分裂釋放的中子可觸發下一次——即連鎖反應。它的命運由倍增因子 k 決定，即那些中子中平均有幾個會引發後續核分裂。k<1 會熄滅（次臨界）；k=1 穩定自持（臨界，運轉中的反應爐）；k>1 指數成長（超臨界）。達到 k=1 需要足量的可裂變物質配上正確的幾何——即臨界質量。
核融合：攀上左側斜坡
核融合把輕核結合——但它們必須先靠近到強核力的 1–2 fm 範圍內，而要做到這點，就得克服彼此互斥的庫侖障壁。這要求極大的相對速度，即數千萬克耳文的溫度。地面融合的主力反應是氘加氚。
D–T 反應釋放 17.6 MeV——每核子逾 3 MeV，每核子遠多於核分裂。
恆星的做法不同、也更溫和。在太陽核心，質子—質子鏈把四個質子融合成一個氦-4 核，淨反應為 4\,{}^1\mathrm{H} \rightarrow {}^4\mathrm{He} + 2e^+ + 2\nu_e，釋放約 26.7 MeV。太陽核心僅約 1500 萬 K——低於古典障壁——因此那裡的融合依賴與 α 衰變相同的量子穿隧，並被馬克士威—波茲曼分布的高能尾偏向那道反應實際發生的狹窄加莫夫峰能量。
核合成，以及此路通往何方
你身體裡的每一個原子，都由這些反應組裝而成。宇宙最初幾分鐘製造了氫、氦與微量的鋰（大霹靂核合成）。恆星把氫向上融合，經氦、碳、氧……一路到鐵峰——但不再往上，因為越過鐵之後融合是吸熱的。比鐵重的元素，是在超新星爆炸與中子星合併中，藉由快速中子捕獲鍛造出來的（恆星核合成）。第一篇的那條束縛能曲線，字面上就是週期表的配方。
最後一個示範比較——為何核燃料如此濃縮。核分裂每個鈾-235 核釋放約 200 MeV。每公斤：一公斤 U-235 含 N_A/0.235 個核 \approx 2.56\times10^{24}，各乘 200\ \mathrm{MeV} = 3.2\times10^{-11}\,\mathrm{J}，得約 8\times10^{13}\ \mathrm{J/kg}。煤約產出 3\times10^{7}\ \mathrm{J/kg}。兩者之比為數百萬倍——正是第一篇那個 eV 對 MeV 的因子，具體化了。