Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 25

Abb. 2.1 Einzelschritte bei der Wasserstofffusion zu Helium. (Gerthsen et al. 1995 )

liefert für die Wasserstoff-Helium ( H - He) -Kernfusion einen Betrag von 26.7 MeV. (Exakt
ist es etwas weniger, da die beiden Neutrinos je eine Energie von 0.26 MeV mitnehmen, so
dass E H-He = 26.204 MeV).

2.3 Aufbau der Sonne

Das Alter unserer Sonne wird auf ca. 5 Mrd. Jahre geschätzt. In dieser Zeit hat die Was-
serstoffkonzentration auf ca. 92 % abgenommen und die Heliumhäufigkeit ca. 8 % er-
reicht. Der Wasserstoffvorrat reicht jedoch aus, dass die jetzige Leistung noch über 10 Mrd
Jahre abgegeben werden kann. Die Sonne strahlt mit 4 · 10 26 W in den Raum, von denen
2 · 10 17 W die Erde treffen. Zum Vergleich, der Energieverbrauch weltweit beträgt derzeit
1.13 · 10 13 W. Die Sonne hat in ihrem Innern eine Temperatur von ca. 10 7 K. Die mittlere
thermische Energie der Teilchen beträgt dann 1-10 keV bei einer Dichte von 10 5 kg/m 3 .
Damit sind die Bedingungen für den Ablauf der Fusionsprozesse gegeben. Neunzig Pro-
zent der Energie werden im Zentrum bis etwa 0.23 R , mit R dem Sonnenradius, erzeugt.
Der Kern ist infolge des hohen Druckes fest und hat eine mittlere Dichte von 10 5 kg/m 3
(100 g/cm 3 ), das etwa der achtfachen Dichte von Blei entspricht. Die Temperatur steigt
im Zentrum auf 40 Mio Grad Kelvin an. Obwohl der Kern lediglich 15 % des Volumens
ausmacht, enthält er ca. 35-40 % der Sonnenmasse. Aus dem Innern kann der Energie-
transport nur durch Strahlung erfolgen. Doch die Absorption ist bei der großen Dichte so
stark, dass die Strahlung, die wir sehen, vor ca. 1-2 Mio. Jahren in der Nähe des Sonnen-
zentrums erzeugt wurde.
Schneller geht der Transport in der Konvektionszone ab etwa 0.7 R bis zum Rand von-
statten. Es existieren dort Konvektionszellen, die von außen als Granulen zu erkennen
sind. Die Lebensdauer solcher Zellen beträgt einige Minuten. Es handelt sich dabei nicht
um Bénard-Zellen, die durch temperaturbedingte Dichteunterschiede angetrieben wer-
den, vielmehr verursachen unterschiedliche Ionisationsgrade die Bewegung. Die Dichte
beträgt dort etwa 70 kg/m 3 und die mittlere Temperatur ca. 130000 K.
An die Konvektionszone schließt die Photosphäre an. Die Temperatur beträgt am Rand
circa 5000 K. In der Photosphäre übernimmt die Strahlung den Wärmetransport. Sie ist
der Ursprung der von der Sonne abgegebenen Strahlungsenergie. In der Photosphäre, die