题目内容

天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的。

(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He),同时放出2个正电子(e)和2个中微子(v0),请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量。

(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017 s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P=1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)

(3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要、生成途径作出判断。

(可能用到数据:银河系质量约为M=3×1041 kg。原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量m=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 μ,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子v0质量为零)

解析:(1)核反应方程为H=He+e+2v0

质量号换Δm=4mp-ma-2m3-0

释放能量ΔE=Δmc2=4.14×10-12 J

(2)m=a=6.1×1039 kg

氦的含量k=≈2%

(3)由估算结果可知,k≈2%远小于25%的实际值,所以银河系中氦主要是宇宙诞生后2分钟左右生成的。

答案:(1)4.14×10-12 J (2)2% (3)见解析(3)

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