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La fotodisintegrazione è un processo fisico nel quale fotoni gamma estremamente energetici interagiscono con nuclei atomici causando la loro transizione ad uno stato eccitato ed un loro immediato decadimento in due nuclei minori.
Un semplice esempio si manifesta quando un singolo protone o neutrone viene effettivamente spinto fuori dal nucleo da una radiazione gamma, mentre un esempio più estremo è rappresentato dalla spontanea reazione di fissione nucleare causata dalla radiazione gamma.
Questo processo è essenzialmente l'inverso della fusione nucleare, dove elementi più leggeri ad alte temperature si combinano tra loro formando elementi più pesanti e rilasciando energia nell'ambiente (reazione esoergonica).
La fotodisintegrazione è endoergonica (assorbe energia) per nuclei atomici più leggeri del ferro e esoergonica (rilascia energia) per nuclei atomici più pesanti del ferro. Il processo di fotodisintegrazione è inoltre responsabile della nucleosintesi di almeno alcuni elementi pesanti e ricchi di protoni tramite il processo p che avviene nelle supernovae.