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260 世 界学 Shi Jie Xue
的物质转化成了能量。太阳作为主序星的时间大约持续 100 亿年。
巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止恒星自身的引力收缩。
宇宙中最高丰度的物质是氢和氦，氢燃烧发生聚合反应产生氦，放出巨大的能
量；氦被点燃同样发生聚合反应，产生碳核；碳（碳闪）的燃烧生成氧等等，都是
核反应，产生没完没了的巨大的能量。具体的核反应过程分述如下。
在质量像太阳或更小些的恒星中，质子 - 质子链反应是产生能量的主要过程，
太阳只有 1.7% 的 4 氦核是经由碳氮氧循环的过程产生的，但是理论上的模型显示
更重的恒星是以碳氮氧循环为产生能量的主要来源。碳氮氧循环的过程是由 Carl
von Weizsä；cker 和汉斯·贝特在 1938 年和 1939 年各自分别独立提出的。
1. 碳氮氧循环的反应
反应如下：
12C+1H→13N+γ+1.95MeV
+
13N→13C+e +νe+2.22MeV
13C+1H→14N+γ+7.54MeV
14N+1H→15O+γ+7.35MeV
+
15O→15N+e +νe+2.75MeV
15N+1H→12C+4He+4.96MeV
这个循环的净效应是 4 个质子成为一个 α 粒子、2 个正电子（和电子湮灭，
以 γ 射线的形式释放出能量）和 2 个携带着部分能量逃逸出恒星的中微子。碳、氮
和氧核在循环中担任催化剂并且再生。
特殊情况有一个较小分支的反应，在太阳核心中发生的只占了 0.04% 的量，最
后的产物不是 12 碳和 4 氦，而是 16 氧和一个光子。
同样的，碳、氮、氧是在主要的分支，而在较小分支上的氟也仅仅是稳定状态
的催化剂，不会在恒星内累积。
碳氮氧循环的主要分支称为碳氮氧 -I，小的分支称为碳氮氧 -II，在更重的恒
星内还有碳氮氧 -III 和碳氮氧 -IV 两个次要的主分支，它们开始于碳氮氧 -II 反应
的最后阶段，结果是以 18 氧和 γ 射线取代原本的 14 氮和氦核。
此处，所有参与反应的“催化剂”（碳、氮、氧的核）数量都是守恒的，而在
恒星演化中核的相对比例是会改变的。无论最初的结构是如何，当这个循环在平衡
状态下，12 碳 /13 碳核的比例是 3.5，而 14 氮成为数量最多的核。在恒星的演化中，
