A csillagok magjában a könnyebb elemek nehezebbé való alakulása biztosítja a folyamatos sugárzáshoz szükséges energiát. Először a hidrogén héliummá való alakulása történik, majd a csillag későbbi állapotában (vörös óriás) a mag magasabb hőmérséklete esetén következik be a nehezebb elemek fúziója egészen a vasig.
A hidrogén-hélium fúzió
A magbeli hidrogén héliummá való átalakulása két folyamat révén mehet végbe. Az egyik a proton-proton ciklus, a másik a CNO ciklus. Mindkét esetben négy hidrogénmagból lesz egy héliummag. Az energia onnan származik, hogy a négy hidrogénmag együttes tömege nagyobb mint a héliummagé. A tömegek különbsége alakul át energiává a jól ismert E=mc2 összefüggés szerint.
Proton-proton ciklus
Ebben a ciklusban először két hidrogénmag olvad össze egy deutériummaggá. Ez egy további proton befogásával 3-as tömegszámú héliummaggá alakul, majd két 3-as tömegszámú hélium egyesül egy 4-es tömegszámú héliummá, miközben két proton felszabadul, melyek újra bekapcsolódnak a folyamatba.
Proton-proton ciklus I.
Proton-proton ciklus II.
CNO ciklus (szén-oxigén-nitrogén ciklus)
Ebben a folyamatban egy 12-es tömegszámú szénatom ütközik egy hidrogénmaggal (proton) és így egy 13-as tömegszámú nitrogénizotóp jön létre. Ez az instabil izotóp elbomlik 13-as szénné, mely újabb protonnal találkozva már stabil 14-es nitrogént hoz létre. A harmadik proton ezt 15-ös oxigénné alakítja, mely 15-ös nitrogénné bomlik. Végül a negyedik proton a 15-ös nitrogént átalakítja 12-es szénné és egy héliummaggá. Látható, hogy a folyamat elején bekapcsolódott szénatommag változatlan formában kiválik a folyamat végén, tehát tulajdonképpen csak katalizátor szerepet tölt be. Itt is 4 protonból lesz egy hélium mag (alfa részecske) és röntgensugárzás valamint neutrínók szabadulnak fel.
CNO ciklus 1
CNO ciklus 2
A 3α folyamat
Amkor a csillag magjában elfogy a hidrogén és eléri a megfelelő hőmérsékletet, beindul a hélium fúziója. Ebben a folyamatban 3 hélium atommag (α részecske) egyesül egy szén atommaggá. Valójában először 2 héliummag ütközésekor létrejön egy 8-as tömegszámú berillium. Ám ez annyira instabil, hogy ha azonnal nem találkozik egy további héliummaggal, akkor elbomlik. Ezért tulajdonképpen 3 héliummag egyidejű találkozása szükséges a folyamat lejátszódásához. Erről kapta a nevét is.
3 alfa folyamat
Nehezebb elemek fúziója: Mikor a magból a hélium is elfogy, akkor beindul a nehezebb elemek (szén, oxigén, nitrogén …) keletkezése. A fúzió egészen az 56-os tömegszámú vasig tart. A fúzió a vasnál leáll, hiszen a nehezebb elemek egyesülése már nem termel energiát, hanem éppen energiát igényel.
