Giáo trình Năng lượng mặt trời - Lý thuyết và ứng dụng

1.1. CẤU TRÚC CỦA MẶT TRỜI

Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106km

(lớn hơn 110 lần đường kính Trái đất), cách xa trái đất 150.106km

(bằng một đơn vị thiên văn

AU ánh sáng Mặt trời cần

khoảng 8 phút để vượt qua

khoảng này đến Trái đất).

Khối lượng Mặt trời khoảng

M

o =2.1030kg. Nhiệt độ To

trung tâm mặt trời thay đổi

trong khoảng từ 10.106K

đến 20.106K, trung bình

khoảng 15600000 K. Ở

nhiệt độ như vậy vật chất

không thể giữ được cấu trúc

trật tự thông thường gồm

các nguyên tử và phân tử.

Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động

tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau

sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch. Khi quan sát tính chất của vật

chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của Mặt trời, các nhà khoa

học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng Mặt

trời.

Hình 1.1. Bên ngoài mặt trời.

Về cấu trúc, Mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành

một khối cầu khí khổng lồ (hình 1.2). Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi”

có những chuyển động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt

6nhân tạo nên nguồn năng lượng mặt trời, vùng này có bán kính khoảng

175.000km, khối lượng riêng 160kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến

20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe. Vùng kế tiếp

là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó năng lượng

truyền từ trong ra ngoài, vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), can xi

(Ca), nát ri (Na), stronti (Sr), crôm (Cr), kền (Ni), cácbon ( C), silíc

(Si) và các khí như hiđrô (H2), hêli (He), chiều dày vùng này khoảng

400.000km. Tiếp theo là vùng “đối lưu” dày 125.000km và vùng

“quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000K, dày 1000km, ở vùng này gồm

các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt

độ thấp khoảng 4500K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7000K -10000K.

Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của Mặt trời.

Nhiệt độ bề mặt của Mặt trời là 5762K nghĩa là có giá trị đủ lớn để

các nguyên tử tồn tại trong trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để ở

7đây thỉnh thoảng lại xuất hiện những nguyên tử bình thường và các

cấu trúc phân tử. Dựa trên cơ sở phân tích các phổ bức xạ và hấp thụ

của Mặt trời người ta xác định được rằng trên mặt trời có ít nhất 2/3 số

nguyên tố tìm thấy trên Trái đất. Nguyên tố phổ biến nhất trên Mặt

trời là nguyên tố nhẹ nhất Hydrogen. Vật chất của Mặt trời bao gồm

khoảng 73.46% là Hydrogen và gần 24,85% là Hêlium, còn lại là các

nguyên tố và các chất khác như Oxygen 0,77%, Carbon 0,29%, Iron

0,16%, Neon 0,12%, Nitrogen 0,09%, Silicon 0,07%, Magnesium

0,05% và Sulphur 0,04%. Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của Mặt

trời là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hyđrô, phản ứng này

đưa đến sự tạo thành Hêli. Hạt nhân của Hyđrô có một hạt mang điện

dương là proton. Thông thường những hạt mang điện cùng dấu đẩy

nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao chuyển động của chúng sẽ nhanh tới

mức chúng có thể tiến gần tới nhau ở một khoảng cách mà ở đó có thể

kết hợp với nhau dưới tác dụng của các lực hút. Khi đó cứ 4 hạt nhân

Hyđrô lại tạo ra một hạt nhân Hêli, 2 Neutrino và một lượng bức xạ γ