ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น (Nuclear fusion) ในทางฟิสิกส์นิวเคลียร์และเคมีนิวเคลียร์ คือกระบวนการที่นิวเคลียสอะตอมหลายตัวมารวมตัวกันกลายเป็นนิวเคลียสอะตอมที่หนักขึ้น และเกิดการปลดปล่อยหรือดูดซับพลังงานในกระบวนการนี้ นิวเคลียสของเหล็กและนิกเกิลมีพลังงานพันธะต่อนิวคลีออนสูงมาก ฟิวชั่นของนิวเคลียสทั้งสองชนิดกับธาตุอื่นที่มีมวลน้อยกว่าเหล็ก จะทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมารุนแรงกว่าที่เหล็กจะดูดซับพลังงานไว้ กระบวนการที่ดำเนินไปในทางกลับกันนี้จะเรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear fission)
โดยมากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมักเกิดขึ้นในดาวฤกษ์ มนุษย์อาจสร้างเครื่องมือเพื่อผลิตพลังงานฟิวชั่นขึ้นก็ได้ แต่ยังไม่สามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ มีการค้นพบฟิวชั่นของนิวเคลียสมวลเบา (ไอโซโทปของไฮโดรเจน) โดย มาร์ก โอลิแฟนท์ ในปี ค.ศ. 1932 ส่วนกระบวนการหลักของการเกิดนิวเคลียร์ฟิวชั่นในดาวฤกษ์มีการศึกษาและอธิบาย โดย ฮานส์ เบเท่อ (Hans Bethe) ในช่วงครึ่งหลังของคริสต์ทศวรรษนั้น งานวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารเริ่มต้นในคริสต์ ทศวรรษ 1940 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนฮัตตัน แต่กว่าจะสำเร็จก็ล่วงมาถึง ค.ศ. 1952 สำหรับการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อประโยชน์ทางพลเรือนเริ่มในคริสต์ ทศวรรษ 1950 และยังดำเนินอยู่ในปัจจุบัน
สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion Process) จะตรงข้ามกับฟิชชัน นั่นคือแทนที่จะแตกอะตอมของธาตุหนักให้เป็นธาตุเบา ก็จะกลายเป็นการรวมธาตุเบาสองอะตอมให้กลายเป็นอะตอมเดียวที่หนักขึ้น เช่นตัวอย่างนี้

จะเห็นได้ว่า ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้ เราจะได้ฮีเลียม (He) ที่มีจำนวนนิวตรอนน้อยกว่าปกติ (ปกติฮีเลียมจะมีนิวตรอน 2 ตัว) ซึ่งสภาพที่ไม่เสถียรของอะตอมนี้เอง จึงทำให้เกิดการคายพลังงานออกมาได้

โมเดลแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนดาวฤกษ์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ ในตอนเริ่มต้นที่แกนกลางนี้มีองค์ประกอบเหมือนส่วนอื่น ๆ ของดวงอาทิตย์ คือ ไฮโดรเจน 72% ฮีเลียม 26% และธาตุหนักอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) รวม 2% ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของดวงอาทิตย์อย่างช้าๆ ซึ่งในปัจจุบันองค์ประกอบที่แกนกลางของดวงอาทิตย์กลายเป็น ไฮโดรเจน 35%, ฮีเลียม 63%, และธาตุอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) 2% โดยมวล

รูปแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในดวงอาทิตย์ สามารถเกิดขึ้นได้เพราะที่แกนกลางดวงอาทิตย์นั้นมีอุณหภูมิสูงและมีความหนา แน่นมาก ปกติแล้วนิวเคลียส 2 นิวเคลียสจะผลักกันตามแรงคูลอมบ์ (Coulomb's force) เนื่องจากมีประจุบวกเหมือนกัน แต่ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมากพอและมีความหนาแน่นมากจนกระทั่ง นิวเคลียสทั้งสองอยู่ใกล้กันมากจนกระทั่งสามารถเอาชนะแรงคูลอมบ์และเกิดปฏิ กิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นมากที่สุดคือ ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน (p-p reaction) กระบวนการนี้เกิดจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนซึ่งก็คือโปรตอน 2 นิวเคลียสรวมกัน ปฏิกิริยานี้ยังให้นิวตริโนออกมาอีกด้วย

รูปแสดงการเกิดปฏิกิริยา p-p reaction ภายในแกนของดวงอาทิตย์

แกน (Core) : บริเวณที่ผลิตพลังงาน

แกนกลาง ของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณตั้งแต่ใจกลางของดวงอาทิตย์จนกระทั่งถึงหนึ่งในสี่ของระยะทางสู่ ผิวของดวงอาทิตย์ แกนกลางมีปริมาตรประมาณ 2% ของดวงอาทิตย์ แต่มีมวลถึงประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิที่สูงที่สุดมีค่าประมาณ 15 ล้านเคลวิน มีความหนาแน่นประมาณ 150 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หรือประมาณเกือบ 15 เท่าของความหนาแน่นของตะกั่ว
สาเหตุ ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมาก และมีความหนาแน่นสูงมากเป็นเพราะว่าแกนกลางนี้มีความดันสูงมาก ๆ สูงในระดับที่มากกว่าความดันของบรรยากาศโลกประมาณสองแสนล้านเท่าของบรรยากาศ ของโลกที่ระดับน้ำทะเล ความดันที่สูงมากของแกนกลางนี้เองทำให้แก๊สไม่สามารถยุบตัวและดวงอาทิตย์ สามารถคงรูปอยู่ได้

รูปแสดงโครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์ จากด้านในไปด้านนอก : แกน (core) เขตแผ่รังสี (radiative zone) และเขตการพา (convection zone)

   http://www.scimath.org/socialnetwork/groups/viewbulletin/924-?groupid=79