1967年ノーベル物理学賞ハンス・ベーテ「原子核反応理論への貢献、特に星の内部におけるエネルギー生成に関する発見」 : サイエンスジャーナル

太陽はどうやって燃えているのだろうか？

太陽はどうやって燃えているのだろうか？

そう核融合反応で燃えている。我が国では広島・長崎に投下された原子爆弾や東日本大震災による福島第一原子力発電所の事故があったので、核分裂反応はよく知られているが核融合反応にはあまりなじみがない。しかし、驚いたことに核融合の理論は1920年、核分裂の理論は1938年に発表されている。核融合の方が古いのだ。

太陽が行っている核融合反応は、4つの水素（H）の原子核が融合して、1つのヘリウム（He）の原子核になるというものである。これを「陽子-陽子連鎖反応」という。 4H → He （1.008kg）→（1.001kg）

化学反応では反応の前後で物質の質量は変わらないが、核反応では反応後の物質の質量が小さくなる。この失われた0.7％の質量が莫大なエネルギーに転換する。アンシュタインの E＝ｍc2 の式により、太陽は毎秒5.64×10の11乗kg（5億6400トン）の水素を反応させて、全体で約4×10の26乗J・ｓ-1 のエネルギーを出している。これは広島型原爆5兆個分のエネルギーになる。地球が受け取っているエネルギーはその約20億分の1である。

太陽の中心部では水素が圧縮され高熱を発すると核融合反応は起きるので、これを熱核融合反応という。熱核融合反応は、太陽程度の質量を持つ恒星で多い「陽子-陽子連鎖反応」と、より重い主系列星で主に行われる「CNOサイクル」がある。

1920年に、イギリスの天体物理学者、アーサー・エディントンはフランシス・ウィリアム・アストンによる原子量の精密な測定に基づいて、恒星は水素からヘリウムへの核融合によってエネルギーを得ていることを初めて示唆した。

恒星が核融合でエネルギーをまかなっているという説が唱えられたのはこれが最初であり、これ以降長い間にわたってジェームズ・ジーンズとの間で恒星のエネルギー源に関する論争が続くことになった。その後、1938年と1939年にハンス・ベーテがより自然な核融合過程の理論を導入し、これによって論争は次第に終息した。

この「CNOサイクル」を発見したのがハンス・ベーテである。CNOは元素記号であり、炭素、窒素、酸素も核融合反応に関係している。恒星内部での水素燃焼には「陽子-陽子連鎖反応」と「CNOサイクル」の両方が働いているが、CNOサイクルは大質量星のエネルギー生成過程に大きく寄与している。太陽内部でCNOサイクルによって生み出されるエネルギーは全体の約1.6%に過ぎない。