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Um dos focos de estudo da Química Nuclear volta-se para o elemento urânio, o principal combustível nuclear (utilizado em usinas nucleares, por exemplo). Os estudos sobre esse elemento são necessários para possibilitar o seu uso de uma forma cada vez mais segura.
A Química nuclear está intimamente relacionada com a radioatividade, o fenômeno no qual o núcleo instável de um átomo emite partículas e ondas com o intuito de atingir a estabilidade. Quando o núcleo emite essas partículas (alfa e beta) e ondas (radiação gama), sempre acaba se transformando em um novo elemento. Como ocorre transformação de um material (elemento químico) em outro, esse é um objeto de estudo da Química. Esses fenômenos são estudados por meio das leis da radioatividade (Primeira e Segunda leis de Soddy).