质子-质子链
从上一节中我们了解到碳循环要求必须有一定数量的碳或氮存在。并且这些元素的原子是不会在循环中被消耗掉的。它们在一定程度上起着保护壳的作用，使氢原子在里面经过一段时间变成氦原子。 1938 年汉斯·贝特和查理斯·克里奇菲尔德指出，氢的聚变也可以在没有碳或氮的条件下发生。
图 3-3 说明了这个过程。两个质子相碰撞并发生聚变。它们放出一个正电子和一个中微子。余下的核只是由一个质子和一个中子组成。这个核的电荷数和氢的电荷数相同，但比氢重一倍。它就是重氢，即氘。如果氢核又和一个氘核相碰撞，就会聚合成一个由两个质子和一个中子组成的氦原子。这个氦还不是“真正的”氦，而是氦的同位素 He3。它的原子序数
和氦的相同，但质量数却比氦的小。假若有两个按上述方式产生的 He3 核相碰撞，就会聚合成为一个“真正的”氦核，并同时放出两个氢核。在这个链中总共是 4 个氢核聚合成 1 个氦核。
恒星内部的过程究竟是这两种过程中的哪一种呢？是质子-质子链还是碳循环？
当温度足够高时，这两种过程都会在恒星内部出现。温度为 1000 万度时，主要是质子-质子链。如果温度显著增高，则能量的产生主要来自碳循环。
对于第一代在宇宙中形成的恒星，很可能是质子-质子链在起着特别重要的作用。今天人们已经相信，在宇宙诞生的时候，即在所谓“大爆炸”时，宇宙中只形成了氢和氦。因此在第一代形成的恒星中缺少作为碳循环所需的催化元素①。第一代恒星必须靠质子-质子链方式的氢聚变而生存。仅在此以后，当恒星内部的氦形成碳时，才为以后各代的恒星提供了碳循环所需要的催化元素。
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