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이것은 태양의 최소 에너지이며 아주 차가운 별에서는 일어나지 않는다. 4개의 수소핵이 하나의 헬륨 핵으로 전환되며, 질량-에너지 동등법칙(E〓mc²)에 따라 질량이 에너지의 형태로 방출된다. 이 과정은 1938년 독일 태생 미국의 물리학자 한스 베테가 최초로 설명했다.

탄소순환 반응은 다음과 같다.

탄소-12(¹²C)의 원자핵이 수소핵(¹H, 양성자)을 포획하여 질소-13(¹³N) 원자핵을 형성하고, 감마(γ)선을 방출한다. ¹³N 원자핵은 양전자(e^＋)를 방출하고 ¹³C이 된다. 이 핵은 다른 양성자를 포획하여 질소-14(¹⁴N)가 되며, 또다른 감마선을 방출한다. ¹⁴N는 양성자를 포획하여 산소-15(¹⁵O)가 된다. 이 원자핵은 양전자를 방출해 ¹⁵N로 변하며, 마침내 ¹⁵N 원자핵은 양성자를 포획해 ¹²C원자핵과 질량수 4인 헬륨 원자핵(알파 입자, ⁴He)으로 붕괴된다. 이 과정을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

¹²C ＋ ¹H → ¹³N ＋ γ

¹³N → ¹³C ＋ e^＋

¹³C ＋ ¹H → ¹⁴N ＋ γ

¹⁴N ＋ ¹H → ¹⁵O ＋ γ

¹⁵O → ¹⁵N ＋ e^＋

¹⁵N ＋ ¹H → ¹²C ＋ ⁴He ＋ γ