Для получения радионуклидов ис­пользуют ядерные реакции. От химической ядерная реакция отличается тем, что в ходе её изменяются ядра, и, следо­вательно, одни атомы пре­вращаются в другие. В та­ких реакциях участвуют ядра-мишени атомов раз­личных элементов, а сна­рядами  (бомбардирую­щими частицами)  чаще всего служат нейтроны, протоны, дейтроны (ядра атомов тяжёлого водоро­да — дейтерия ²₁H), a-частицы, а иногда также g-кванты с большой энергией или ядра других атомов  (более лёгких, чем ядра атомов-мишеней).

Первую ядерную реакцию осуще­ствил в 1919 г. Эрнест Резерфорд. Он облучал a-частицами атомы азота.

Эрнест Резерфорд.

Схема устройства циклотрона. Ускоряемая электрическим и магнитным полем частица движется по развёртывающейся спирали.

 Позднее было доказано, что в этом опыте образовались две новые час­тицы — ядро кислорода-17 и про­тон: ¹⁴₇N+⁴₂Не ®¹⁷₈О+¹₁Н.

Энергия, связанная с ядерными реакциями, неизмеримо больше, чем

энергия любой химической реакции. При протекании ядерной реакции суммарные значения заряда и массо­вых чисел обязательно сохраняются, например

²⁷₁₃Al+⁴₂Не ®³⁰₁₅Р+¹₀n. Имен­но по этой реакции был впервые по­лучен искусственный фосфор-30.

Если для осуществления ядерной реакции использована положительно заряженная частица-снаряд (протон, a-частица и др.), то при приближении к также положительно заряженному ядру мишени она будет испытывать сильное отталкивание. Для того что­бы преодолеть его, бомбардирующая частица должна иметь очень высокую кинетическую энергию. В некоторых случаях (как, например, в реакции, осуществлённой Резерфордом) a-частице достаточно той энергии, с ко­торой она вылетает из ядра при ра­диоактивном распаде.

Но чаще всего бомбардирующие частицы разгоняют до гигантских скоростей, используя специальные устройства — ускорители. Создатель так называемого циклического уско­рителя (циклотрона) американский физик Эрнест Орландо Лоуренс (1901 — 1958) получил за своё изобре­тение Нобелевскую премию. С помо­щью циклотрона стало возможным проводить разнообразные ядерные реакции. Так, в 1937 г. при облучении молибдена дейтронами образовались атомы радиоактивного элемента №43 — технеция. А спустя три года был синтезирован ещё один эле­мент — астат: ²⁰⁹₈₃Bi+⁴₂Не ®²¹¹₈₅At+2¹₀n.

Проще всего получать искусст­венные радионуклиды, бомбардируя ядра нейтронами. Нейтроны не несут заряда, и поэтому при приближении к ядру-мишени они не испытывают отталкивания. Более того, нейтроны приходится замедлять: чем медленнее движется нейтрон, тем, как правило, выше вероятность его захвата ядром. При поглощении нейтронов возникают новые радиоактивные ядра, испы­тывающие b-распад. С помощью ней­тронов можно синтезировать радио­нуклиды большинства химических элементов.

Ещё один источник радионукли­дов — продукты, возникающие при работе ядерного реактора. В нём про­текает так называемая цепная реакция вынужденного деления ядер реактор­ного горючего: урана-235 или плутония-239. После поглощения нейтрона ядро урана или плутония испытывает вынужденное деление, что приводит к образованию двух новых (обычно радиоактивных) ядер элементов сере­дины периодической системы, и од­новременно освобождаются два-три нейтрона. Эти нейтроны вызывают деление ещё двух-трёх ядер урана или плутония и т. д. В результате в продуктах деления накапливаются многочисленные радионуклиды, кото­рые выделяют из отработанного ядер­ного горючего. Эти радионуклиды находят применение в медицине, в научных исследованиях.