Proton-proton cyclus, ook wel Proton-proton Reactie genoemd, keten van thermonucleaire reacties die de belangrijkste bron is van de energie die door de zon en andere koele hoofdreekssterren wordt uitgestraald. Een andere reeks thermonucleaire reacties, die de koolstofcyclus wordt genoemd, levert veel van de energie die vrijkomt bij hetere sterren.
In een proton-protoncyclus worden vier waterstofkernen (protonen) gecombineerd tot één heliumkern; 0,7 procent van de oorspronkelijke massa gaat verloren, hoofdzakelijk door omzetting in warmte-energie, maar er ontsnapt wat energie in de vorm van neutrino’s (ν). Eerst combineren twee waterstofkernen (1H) zich tot een waterstof-2-kern (2H, deuterium) met de emissie van een positief elektron (e+, positron) en een neutrino (ν). De waterstof-2-kern slaat dan snel een ander proton op en vormt een helium-3-kern (3He), waarbij een gammastraal (γ) wordt uitgezonden. In symbolen:
Vanaf dit punt kan de reactieketen een van de vele paden volgen, maar hij resulteert altijd in één helium-4-kern, met de emissie van in totaal twee neutrino’s. De energie van de uitgezonden neutrino’s is verschillend voor de verschillende paden. In de meest directe voortzetting vormen twee helium-3-kernen (geproduceerd zoals hierboven aangegeven) één helium-4-kern (4He, alfadeeltje) waarbij twee protonen vrijkomen,
Het pad dat de meest energetische neutrino’s produceert, gebruikt een helium-4-kern als katalysator en doorloopt beryllium- en boriumisotopen in tussentoestanden. In symbolen:
De laatste weg komt alleen voor bij relatief hoge temperaturen en is van belang omdat dergelijke energetische neutrino’s werden gedetecteerd in een grootschalig experiment waarbij tetrachloorethyleen als detectiemedium werd gebruikt. Andere experimenten hebben neutrino’s gedetecteerd die afkomstig zijn van reacties bij lagere temperaturen, waaronder de initiële proton-protonreactie. De detectiepercentages in al deze experimenten waren kleiner dan theoretisch voorspeld. Men denkt dat dit komt doordat de door de zon uitgezonden elektron-neutrino’s in muon-neutrino’s of tau-neutrino’s veranderden voordat zij de detectoren bereikten, die waren geoptimaliseerd om elektron-neutrino’s te detecteren. Vergelijk de koolstofcyclus.