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Auch Kohlenstoff-Stickstoff-Zyklus genannt, da diese beiden Elemente in ihm eine Rolle spielen. Beim Zyklusbeginn stößt ein Kohlenstoffatom vom Atomgewicht 12 mit einem Proton (Wasserstoffatomkern) zusammen und vereinigt sich zu einem instabilen Stickstoffisotop mit dem Atomgewicht 13. Insgesamt 4 Protonen vereinigen sich zu einem Heliumkern. Das am Anfang hineingesteckte Kohlenstoffatom kommt dagegen wieder unverändert zum Vorschein. Es ist also in diesem Umwandlungsprozess ein Katalysator. Die Energieabgabe geschieht entweder in Form von kinetischer Energie der an zwei Stellen des Zyklus herausfliegenden Positronen und Neutrinos, vor allem aber durch Gammastrahlung.
Bei derartigen atomaren Reaktionen (hier einer Kernverschmelzung oder Kernfusion) wird nach der aus der speziellen Relativitätstheorie abgeleiteten Formel E=m·c2 Masse in Energie umgewandelt. Für eine einzelne Verwandlung von 4 Wasserstoffkernen in einen Heliumkern gilt: Ein H-Kern hat die Massenzahl 1,008, ein He-Kern 4,004. Da 4·1,008=4,032 ist die Differenz von 0,028 Masseeinheiten (Massendefekt) in Energie umgewandelt worden. Das sind 25 Millionen Elektronenvolt (25MeV) oder 4·10-12 Joule. Die einzelnen Schritte dieses Zyklus dauern unterschiedlich lang. Am langsamsten ist im Mittel der Einfang des 3.
Protons mit 320 Millionen Jahren, am schnellsten der Zerfall des Sauerstoffs in 82 Sekunden. Die mittlere Gesamtdauer des Zyklus beträgt 336 Millionen Jahre. Doch verlaufen stets zahlreiche Zyklen nebeneinander, so daß eine kontinuierliche und ergiebige Energieerzeugung über Millionen oder Milliarden Jahre hinweg gewährleistet ist.
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