Углеро́дно-азо́тный цикл (углеродно-азотная цепная реакция, углеродно-азотная цепочка, углеродный цикл, CNO-цикл), последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода ${\rm^1_1H}$ в гелий ${\rm^4_2He}$ с участием стабильных изотопов углерода ${\rm^{12}_6C},$ азота ${\rm^{14}_7N},$ кислорода ${\rm^{16}_8O}$ и фтора ${\rm^{19}_9F}$ в качестве катализаторов. Углеродно-азотный цикл – основной источник энергии звёзд с массой больше 1,2 массы Солнца на начальных стадиях их существования. Температура ядер таких звёзд превышает 18 млн К, что обеспечивает преобладание углеродно-азотного цикла над водородным циклом.

Совокупность реакций углеродно-азотного цикла состоит из 4 переплетающихся элементарных циклов:

$${\rm I.}\ \ {\rm^{12}_6C}+p \rightarrow {^{13}_7\rm N}+ \gamma;\\ \quad\quad\ {\rm^{13}_7N}\rightarrow {\rm^{13}_6C}+e^++\nu_e; \\ \quad\ {\rm^{13}_6C}+p \rightarrow {^{14}_7\rm N}+ \gamma;\\ \quad\ {\rm^{14}_7N}+p \rightarrow {^{15}_8\rm O}+ \gamma;\\ \quad\quad\ {\rm^{15}_8O}\rightarrow {^{15}_7\rm N}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad\ {\rm^{15}_7N}+p \rightarrow {\rm ^{12}_6C}+{\rm ^4_2He}.$$$${\rm II.}\ \ {\rm^{14}_7N}+p \rightarrow {\rm ^{15}_8O}+ \gamma;\\ \quad\quad\ \ {\rm^{15}_8O}\rightarrow {\rm^{15}_7N}+e^++\nu_e; \\ \quad\ \ {\rm^{15}_7N}+p \rightarrow {^{16}_8\rm O}+ \gamma;\\ \quad\ \ {\rm^{16}_8O}+p \rightarrow {\rm^{17}_9F}+ \gamma;\\ \quad\quad\ {\rm^{17}_9F}\rightarrow {^{17}_8\rm O}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad\ \ {\rm^{17}_8O}+p \rightarrow {\rm ^{14}_7N}+{\rm ^4_2He}.$$$${\rm III.}\ \ {\rm^{15}_7N}+p \rightarrow {\rm ^{16}_8O}+\gamma;\\ \quad\quad{\rm^{16}_8O}+p\rightarrow {\rm^{17}_9F}+\gamma;\\ \quad\quad\ \ \ {\rm^{17}_9F}\rightarrow {^{17}_8\rm O}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad{\rm^{17}_8O}+p \rightarrow {\rm^{18}_9F}+\gamma;\\ \quad\quad\quad{\rm^{18}_9F}\rightarrow {^{18}_8\rm O}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad\quad\ {\rm^{18}_8O}+p \rightarrow {\rm ^{15}_7N}+{\rm ^4_2He}.$$$${\rm IV.}\ \ {\rm^{16}_8O}+p\rightarrow {\rm^{17}_9F}+\gamma;\\ \quad\quad\ \ \ {\rm^{17}_9F}\rightarrow {^{17}_8\rm O}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad{\rm^{17}_8O}+p\rightarrow {\rm^{18}_9F}+\gamma;\\ \quad\quad\ \ \ {\rm^{18}_9F}\rightarrow {^{18}_8\rm O}+e^++\nu_e;\\ \quad\quad{\rm^{18}_8O}+p \rightarrow {\rm^{19}_9F}+\gamma;\\ \quad\quad\quad{\rm^{19}_9F}+p\rightarrow {^{16}_8\rm O}+{\rm ^4_2He}.$$Здесь $p\ -$ протон, $e^+\,-$ позитрон, $\gamma\ -$ фотон, $\nu_e\,-$ электронное нейтрино.

Каждый из циклов I–IV состоит из 6 реакций, включающих 3 реакции радиационного захвата протона, 2 реакции позитронного бета-распада и завершающую реакцию захвата протона с выбросом атомного ядра гелия ${\rm^4_2He}$ (α-частицы). Итогом каждого цикла является образование из 4 протонов ядра атома ⁴He с испусканием 2 нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из которой в среднем по всем 4 элементарным циклам 1,7 МэВ уносят нейтрино.

В установившемся углеродно-азотном цикле на каждый цикл IV приходится более 1000 циклов II и III и более 10⁶ циклов I. Наиболее медленной в цикле I оказывается реакция ${\rm^{14}_7N}+p \rightarrow {^{15}_8\rm O}+\gamma,$ поэтому именно она определяет скорость переработки водорода в гелий и интенсивность энерговыделения в углеродно-азотном цикле.

Для ядерной астрофизики особенно важны такие последствия углеродно-азотного цикла, как превращение почти всех (около 94 %) исходных изотопов C, N, O и F в нуклид ${\rm^{14}_7N},$ а также образование нуклидов ${\rm^{13}_6C}$ и ${\rm^{17}_8O}\ -$ потенциальных источников нейтронов $n$ на более поздних стадиях эволюции звёзд в реакциях

${\rm^{13}_6C}+{\rm^4_2He}\rightarrow{\rm^{16}_8O}+n,$${\rm^{17}_8O}+{\rm^4_2He}\rightarrow{\rm^{20}_{10}Ne}+n.$