Κύκλος Πρωτονίου-Πρωτονίου

Η αλυσίδα πρωτονίου πρωτονίου είναι ένας από τους δύο τρόπους όπου τα αστέρια μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Ο δεύτερος τρόπος είναι ο κύκλος CNO. Η αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου κυριαρχεί σε αστέρια σαν τον ήλιο ή μικρότερα.

Η συγκεκριμένη πυρηνική αντίδραση απαιτεί υψηλή θερμοκρασία και συνεπώς υψηλή κινητική ενέργεια ώστε να ξεπεραστεί η αμοιβαία άπωση των θετικών φορτίων.

Η αντίδραση p-p

Το πρώτο βήμα είναι η σύντηξη δύο πυρήνων υδρογόνου:

¹H σε δευτέριο ²H, απελευθερώνοντας ένα ποζιτρόνιο καθώς το πρωτόνιο διασπάται σε ένα νετρόνιο και ένα νετρίνο.

¹H + ¹H → ²H + e⁺ + ν_e

συμπεριλαμβανομένων και των νετρίνων η ενέργεια που ελευθερώνεται σε αυτό το βήμα φτάνει τα 0.42 MeV.

Το πρώτο βήμα είναι εξαιρετικά αργό διότι εξαρτάται από την ασθενή αλληλεπίδραση.

Το ποζιτρόνιο εξαϋλώνεται άμεσα με ένα ηλεκτρόνιο και η ενέργεια μετατρέπεται σε δύο ακτίνες γ.

e⁺ + e⁻ → 2γ + 1.02 MeV

Στη συνέχεια το δευτέριο μπορεί να συντηχθεί με ένα άλλο πρωτόνιο και να παράγει το ισότοπο του ηλίου ³He:

²H + ¹H → ³He + γ + 5.49 MeV

Από αυτό το στάδιο υπάρχουν τρεις δυνατοί κλάδοι που καταλήγουν στον ισότοπο ⁴He. Στον ppI το ⁴He παράγεται από την σύντηξη δύο πυρήνων ³He ενώ στους κλάδους ppII και ppIII το ³He συντήκεται με το προϋπάρχον ⁴He για να δώσει ⁷Be. Στον ήλιο κυριαρχεί ο κλάδος ppI. Υπάρχει επίσης ένας εξαιρετικά σπάνιος τέταρτος κλάδος ppIV.

Ο κλάδος ppI

³He +³He → ⁴He + ¹H + ¹H + 12.86 MeV

Ο κλάδος ppI ελευθερώνει ενέργεια 26.7 MeV και κυριαρχεί σε θερμοκρασίες Κ

Ο κλάδος pp II

	3He + 4He	→	7Be + γ
	7Be + e−	→	7Li + νe
	7Li + 1H	→	4He + 4He

Ο κλάδος αυτός κυριαρχεί σε θερμοκρασιες K.

Το 90% των νετρίνων που παράγονται σε αυτή την αντίδραση ⁷Be(e⁻,ν_e)⁷Li* φέρουν ενέργεια 0.861 MeV, ενώ το υπόλοιπο 10% φέρουν ενέργεια 0.383 MeV (ανάλογα αν το ⁷Li είναι σε διεγερμένη ή μη στάθμη.

Ο κλάδος ppΙII

	3He + 4He	→	7Be + γ
	7Be + 1H	→	8B + γ
	8B	→	8Be + e+ + νe
	8Be	↔	4He + 4He

Ο κλάδος ppIII κυριαρχεί σε θερμοκρασίες άνω των Κ.

Ο κλάδος ppIII δεν είναι η κύρια πηγή ενέργειας στον ήλιο (μόνο 0.11%), αλλά πολύ σημαντική στο πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων διότι παράγονται νετρίνα πολύ υψηλής ενέργειας (έως και 14.06 MeV).

Ο κλάδος ppIV

Αυτή η αντίδραση προβλέπεται αλλά ποτέ δε παρατηρείται εξαιτίας της σπανιότητάς της. Το ³He αντιδρά απευθείας με ένα πρωτόνιο για να δώσει απευθείας ⁴He, εκπέμποντας ένα νετρίνο εξαιρετικά υψηλής ενέργειας (έως 18.8 MeV).

³He + ¹H → ⁴He + ν_e + e⁺

Απελευθέρωση Ενέργειας

Συγκρίνοντας τη μάζα του τελικού ⁴He το 0.7% της μάζας του αρχικού πρωτονίου έχει χαθεί. Η μάζα αυτή μετατράπηκε σε ενέργεια σε ακτίνες γ και νετρίνα. Η ολική ενέργεια που λαμβάνουμε είναι 26.73 MeV.

Η ενέργεια που εκπέμφθηκε σε ακτίνες γ θα αλληλεπιδράσει με το εσωτερικό του ήλιου θερμαίνοντάς το και υποστηρίζοντας το ενάντια στη βαρύτητα.