De kern is het gedeelte van de Zon waar de dichtheid en de temperatuur hoog genoeg zijn om fusiereacties te veroorzaken. De kern strekt zich uit van het midden van de Zon tot ongeveer 0,25 maal de straal van de Zon.
De Zon krijgt haar energie voornamelijk door de zogenaamde proton-protoncyclus, mogelijk gemaakt door de enorme druk die de eigen zwaartekracht van de Zon op de materie uitoefent, in de kern zo'n 2×1016 pascal. De temperatuur van de kern is ca 15 miljoen kelvin. Daar vinden fusiereacties plaats waarin waterstofkernen (protonen) uiteindelijk worden omgezet tot heliumkernen (alfadeeltjes). Per seconde wordt ca 700 miljoen ton waterstof in ca 695 miljoen ton helium omgezet. Het verschil, 4,4 miljoen ton, wordt uitgestraald in de vorm van gammastraling (fotonen) en neutrino's.[4] De protonen vormen na enkele tussenstappen alfadeeltjes (stabiele heliumkernen, bestaande uit twee protonen en twee neutronen). 1,6% van de energie wordt geproduceerd door de koolstof-stikstofcyclus. De temperatuur van de kern zou te laag zijn voor kernfusie,[5] maar door het tunneleffect treden er toch fusiereacties op.
De energieproductie van de Zon per massa-eenheid is daardoor verrassend laag. Voor de gehele Zon is dit 194 µW/kg, maar in de relatief kleine schil waar de fusie plaats vindt is dat 150 maal zo veel. Ter vergelijking: Het menselijk lichaam produceert 1,3 W/kg. De energieproductie in de kern is 0,272 W/m³, veel minder dan een kaarsvlam. Voor fusiereactoren op Aarde zijn dan ook veel hogere temperaturen van het plasma nodig (150 miljoen K) en worden andere kernen gebruikt die makkelijker fuseren. De geringe energieproductie van de zon per massa-eenheid in combinatie met het feit dat kernreacties per massa-eenheid miljoenen keren meer energie opleveren dan chemische reacties, zorgt ervoor dat het miljarden jaren duurt tegen dat de zon door haar energievoorraad heen is.
De meeste energie komt aanvankelijk vrij in de vorm van gammastraling. Deze straling heeft in het interieur van de Zon een zeer beperkte reikwijdte en steeds weer worden daar fotonen geabsorbeerd en weer uitgezonden als fotonen van iets lagere energie. De energie doet er erg lang over om de buitenste lagen van de Zon te bereiken. Schattingen variëren van 10 000 tot 170 000 jaar. Eén hoogenergetisch foton produceert tijdens dit proces uiteindelijk enkele miljoenen fotonen van lagere energie aan het oppervlak.
In tegenstelling tot de gevormde fotonen worden de tijdens kernfusie gevormde neutrino's niet of nauwelijks geabsorbeerd in de Zon. Ze bereiken de Aarde binnen acht minuten. Een groot probleem bij zonnemodellen was het tekort aan neutrino's die op Aarde worden gedetecteerd (op grond van de uitgestraalde energie kan namelijk het aantal en de aard van de neutrino's worden afgeleid). Dit verschil blijkt veroorzaakt te worden door neutrino-oscillatie.[6] De gevormde neutrino's veranderen van smaak (e-neutrino's oscilleren naar mu- en tau-neutrino's) tijdens hun reis door de Zon en worden daardoor moeilijker gedetecteerd.
ArentheemCollege School Blog