Nguồn năng lượng khổng lồ mà các sao cĩ được chính là do các phản ứng tổng hợp hạt nhân trên các sao đĩ (phản ứng nhiệt hạch).
Trong các sao cĩ thể xảy ra các phản ứng hạt nhân và kết quả cuối cùng như sau:
Bảng 7
Quá trình Nguyên liệu Sản phẩm chính Nhiệt độ Ko Khối lượng M/M
Đốt Hydro H He 1-3.107 0,1
Đốt Helium He C, O 2.108 1
Đốt Cacbon C O, Ne, Na, Mg 8.108 1,4
Đốt Neon Ne O Mg 1,5. 109 5
Đốt Oxy O Từ Mg đến S 2.109 10
Đốt Silic Từ Mg đến S Các nguyên tố gần Fe 3.109 20 Như vậy tùy theo khối lượng của sao các phản ứng hạt nhân trong nĩ sẽ dùng nguyên liệu nào. Ví dụ: Mặt trời là một ngơi sao đang đốt Hydro theo các chu trình sau :
1. Chu trình proton – proton hay chu trình Critchfield. Nĩ cĩ thể xảy ra trong các sao cĩ T ( 1,5.107 oK cĩ T ( 1,5.107 oK H1 + H1→ H2 + e+ + ν H2 + H1→ He3 + γ He3 + He3→ He4 + 2H1 He3 + He4→ Be7 + γ (p−p 1) Be7+e-→ Li7 + ν Be7+H1→ B8 + γ Li7+H1→ He4+He4 B8 → Be8+e++ν (p-p2) Be8→ He4 + He4 (p-p3)
2. Chu trình Cacbon hay chu trình Bethe. Trong đĩ cacbon chỉ là chất xúc tác :
6C12 + 1H1 → 7N13 + γ 7N13→ 6C13 + e+ + ν 6C13 + 1H1 → 7N14 + γ 7N14 + 1H1 → 8O15 + γ 8O15→7N15 + e+ + ν 7N15 + 1H1 → 6C12 + He4
( Các quá trình đốt Helium cĩ thể diễn ra như sau (ở nhiệt độ cỡ 108 0K)
2He4 + 2He4→ 4Be8
2He4 + 4Be8→ 6C12 + γ
Trong giáo trình vật lý nguyên tử và hạt nhân ta biết phản ứng tổng hợp hạt nhân chính là sự kết hợp của các hạt nhân nhẹ tạo thành hạt nhân mới, khối lượng lớn hơn. Từ hệ thức Einstein về sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng E = mc2, ta cĩ thể tính được năng lượng tỏa ra trong phản ứng này. Để phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra các hạt nhân mang điện tích dương phải cĩ được năng lượng để thắng lực đẩy Coulomb và tiến đến khoảng cách tác dụng của lực hạt nhân. Năng lượng này tương đương với nhiệt độ trung bình chuyển động nhiệt của hạt vào cở cả tỷ Kehin. Trong các sao nhiệt độ này cĩ thể đạt được do chuyển động nhiệt của các hạt nhân nhẹ dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Ví dụ, đối với Mặt trời, nhiệt độ tại tâm vào cở 1,5.107K, đủđể châm ngịi cho sự tổng hợp Hydro thành Heli.
Các hạt nhân nhẹ chỉ cĩ thể tổng hợp cho đến sản phẩm cuối cùng là sắt (Fe). Quá trình hình thành các nguyên tố hĩa học nặng hơn sắt diễn ra phức tạp hơn, ta sẽ nghiên cứu sau.