（1）碳循環過程
聚變反應的主要方程式有
11H+126C137N
137N136C+0+1e+ν
11H+136C147N+γ
11H+147N158O+γ
158O157N+0+1e+ν
11H+157N126C+42He
式中，ν表示一種不帶電的中性小粒子，叫做中微子。整個循環過程中，碳核隻起催化劑的作用，不增加也不減少。循環的結果是
411H42He+20+1e+2ν
同時釋放出大量的能量。
（2）質子-質子循環
聚變反應過程是這樣進行的：
11H+11H21H+0+1e+ν
11H+21H32He+γ
32He+32He42He+211H
循環的最終結果與前麵是一致的：4個質子參與聚變，產物相同。
對於每一顆恒星來說，它的內部進行哪一種類型的聚變反應，取決於反應的溫度。當溫度低於1.8×107K時，以質子-質子循環為主。太陽中心的溫度隻有15×107K，因此，太陽內部產生能量的機製質子—質子循環占96％。對於一些比較年輕的恒星來說，碳循環顯得更重要。
太陽每天燃燒5×1016千克氫，轉化為α粒子，這相當於每秒鍾爆炸900億顆百萬噸級的氫彈所釋放出來的能量。照射到地球上的能量隻占太陽所產出能量的一萬億分之五，這些能量是目前地球上所使用能源的10萬倍。
聚變反應具有許多優點：
①核聚變所需原料非常豐富，取之不盡。
②聚變中每單位質量釋放出來的能量要比裂變中釋放出來的能量高出了3～4倍。
③聚變反應中主要的生成物是α粒子，這是一種非常穩定的核素。由於α粒子沒有放射性，不用擔心汙染環境。因此，聚變反應是非常理想的能源。
④聚變反應中有大量的中子產生，用它可以生產出裂變反應中所需要的原料鈈。
由此可見，可控聚變反應的研製具有非常重要的意義和經濟價值。
約裏奧·居裏夫人的遺憾
質子發現以後，人們自然會提出，原子核是由什麼組成的呢？這是擺在人們麵前需要回答的問題。為此，人們就曾設想用已經知道的粒子來探索原子核的內部結構。其中最具有代表性的想法，認為原子核是由質子與電子組成的。在天然放射性現象中，原子核會自發地向外放射出電子。因此，在原子核內存在有電子的想法是件很自然的事。許多實驗已經證實，質子是原子核中最基本的成分。由於電子的質量非常小，對原子核的質量不會產生多大的影響。另外，電子帶有一個單位的負電荷，能抵消原子核內一部分正電荷。這種構思方式，表麵看來有一定的道理，它符合當時已經知道的一些事實。然而，經過深入研究以後發現，哪怕在原子核隻存在一個電子的情況下，原子核磁矩的理論值與實驗結果相比較，會產生很大的偏差；另外，從原子核的自旋數值、電子能量的大小等方麵考慮都出現了許多矛盾。因此，在原子核內不允許有電子的存在。既然如此，原子核內是否還存在尚未被人們認識的微觀粒子呢？
1920年，盧瑟福根據已經知道的一些實驗事實，推測原子核內還應當存在一種與質子質量相當，但不帶有電荷的中性粒子。
1930年，博恩和貝克爾用α粒子轟擊鈹原子核（94Be）時，觀察到一種穿透能力很強的中性粒子。從當時人們已經知道的α粒子、β粒子、γ光子來看，隻有γ光子不帶電，而且穿透能力非常強。於是，他們便將這種穿透力很強的中性粒子認為是γ光子。
1932年，約裏奧·居裏夫婦改進了實驗設備，重新進行這一實驗，整個過程分兩步進行的。首先，讓α粒子打擊鈹原子核，獲得中性粒子；然後，再讓這種中性粒子撞擊石蠟，觀察有什麼現象發生。實驗結果發現，從石蠟中有質子被打出來，質子的能量高達6兆電子伏。對實驗結果的分析，他們確認這種粒子為γ光子。
這種判斷顯然是不合理的。通過計算會發現，要從石蠟中打擊出能量為6MeV能量的質子，這種中性粒子需要具有60MeV的能量。第一步實驗中產生的γ光子，要具有這麼高的能量顯然是不可能的。由於約裏·居裏夫婦對實驗結果判斷的失誤，因而失去了一次榮獲諾貝爾獎的良機，在約裏·居裏夫婦一生輝煌的科學生涯中永遠是一件憾事，對後來人也是有益的啟迪。
同年，英國著名的物理學家詹姆斯·查德威克（1891—1974年）利用英國劍橋卡文迪許實驗室的優越條件，重新進行了這方麵的實驗。實驗裝置如圖5-15所示。由放射源釙（P0）釋放出來的α粒子，打擊用鈹（Be）製作的樣品，產生一種看不見的中性粒子。再用這種粒子打擊裝置中靜止的氫原子，於是便有質子被打出來，可以利用觀察鏡M進行觀測。通過分析比較，斷定這種粒子不是γ光子，而是質量與質子質量差不多的一種中性粒子，命名為中子，用字母n表示。至此，十幾年前，查德威克的老師——盧瑟福曾預言中子的存在；如今，他終於圓了老師的夢。查德威克在寫給英國《自然》雜誌編輯部的一封信中，曾明確指出：如果我們假設這種粒子的質量為1，電荷為0，即中子，那麼，一切難題就可以迎刃而解了。