把入射粒子同靶核碰撞而被散射（或吸收）的过程描述为入射粒子在靶核平均势场中的运动的一种核反应模型。这种势场又称为光学势。为了能够包括吸收，光学势应当是复数势（类似于用复折射率描述半透明的玻璃球对入射光的散射和吸收）：
V＝U +iW，
其中U 和W 分别为势场的实部和虚部（引入虚部主要用来描述靶核对入射粒子的吸收），它们除了依赖于入射粒子的类型以及空间坐标、自旋以外，还依赖于入射粒子的能量。光学势通常是用唯象方法确定的，也可通过核结构的微观理论作近似的计算，以中子入射为例，在粗糙的计算中，U 和W 都被选为直角势阱，阱深和半径当作可调参量处理。在更仔细的理论计算中,实部U包括中心势 U0(r)和一个自旋轨道项。U0(r)被假定为同原子核中核子密度分布相似的伍兹-萨克逊形式：
,
其中r是入射粒子同靶核中心的一段距离,V0代表强度，其值同入射能有关，R0是入射粒子半径与靶核半径之和，大约等于靶核半径,a0是表面厚度参量，它决定U0(r)核表面处随r的增大而趋于零的速率。关于U 中的自旋轨道项,也可把径向因子假定为伍兹-萨克逊势对r的微商，也带有3个参量。虚部W 的径向因子有两种类型,一种是体吸收势,仍然可取为伍兹-萨克逊形式；另一种是表面吸收势,常取为伍兹-萨克逊形式对r的微商。关于U 和W 中所包含的参量，要借助散射截面和吸收截面等的实验资料，才能定出具体的数值。
在一定的光学势下，可以计算出散射截面和吸收截面。其中散射截面又称为光学势散射截面（或形状散射截面）。这些截面还不能直接解释为实验上观察到的散射截面和反应截。因为入射粒子被靶核吸收后可以形成长寿命的复合核,复合核沿弹性道衰变时,也可以对散射截面有贡献。把观察的散射截面对入射能作了局部平均之后（平均散射截面），应当等于光学势弹性散射截面与平均的复合核散射截面之和。根据同样的理由，从光学模型的吸收截面中减去平均复合核散射截面之后，就代表平均的反应截面。由此还可以知道，光学模型得出的总截面就是平均总截面。
当入射能量比较高，复合核弹性散射可以忽略不计时，由光学模型决定的总截面、散射截面及吸收截面可以直接作反应的总截面、散射截面及反应截面。适当选择参量后计算结果同实验观察结果符合得很好。总截面随入射粒子能量和靶核质量数变化的起伏现象在光学模型中得到很好的解释，这是光学模型最早的成就之一。
光学模型对弹性散射角分布的解释也十分成功。下图给出 30.3MeV质子在一系列核上的弹性散射角分布，实线代表光学模型计算值。
核反应光学模型
长时间以来已经作了大量有关光学模型的理论和实验工作，积累了有关光学势的丰富资料。
光学模型只是描述入射粒子同靶核相互作用的平均行为，唯象光学势参量随入射粒子能量及靶核的变化有一定的规律性，但仍然存在着一些不确定性。对于重离子核反应，入射粒子和靶核都是复杂的原子核，入射粒子中的核子受靶核平均场的作用，靶核中的核子也受到弹核平均场的作用。这样，光学势的概念就不像在轻粒子的核反应中那样清晰了。光学势参量具有更大的不确定性，而且也得不到适合不同重离子的统一光学势。
配图