當氦星核中心的溫度達到7000萬開時,氦燃燒被點燃。
氦燃燒把三個氦原子核聚合成一個碳原子核,為28MeV。由此生成的碳原子核又可吸收一個氦原子核,生成氧原子核。氧原子核還可吸收一個氦原子核,生成氖原子核,不過發生這一反應的概率很低。至於氖原子核進一步吸收氦原子核的概率就更低了,可以忽略不計。恆星的氦燃燒速度比氫燃燒快得多,是氫的11—14倍。對於太陽,氦燃燒階段只能持續大約10億年。

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