Question

1．核聚变能是一种具有经济性能好、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10^-27 kg．
（1）写出氘和氚聚合的反应方程．
（2）试计算这个核反应释放出来的能量．
（3）若有1kg的氘核全部聚变，则释放出多少MeV的能量？

Answer 1

分析 （1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．
（2）根据爱因斯坦质能方程求出核反应所释放的能量．
（3）求出1kg氘核的个数，然后求出核反应释放的核能．

解答 解：（1）核反应过程质量数与核电荷数守恒，
核反应方程式为：${\;}_{1}^{2}$H+${\;}_{1}^{3}$H→${\;}_{2}^{4}$He+${\;}_{0}^{1}$n；
（2）核反应过程的质量亏损：
△m=[（2.0141 u+3.0160 u）-（4.0026 u+1.0087 u）]
=0.0188u=3.12×10^-29kg，
核反应产生的核能：△E=△mc²=2.8×10^-12J；
（3）1kg氘核有原子核数：N=1000/2×6.02×10²³=3.01×10²⁶个
全部聚变释放出能量：E=N×△E=5.27×10²⁶ MeV；
答：（1）氘和氚聚合的反应方程为：${\;}_{1}^{2}$H+${\;}_{1}^{3}$H→${\;}_{2}^{4}$He+${\;}_{0}^{1}$n．
（2）这个核反应释放出来的能量为：2.8×10^-12J．
（3）若有1kg的氘核全部聚变，则释放出多少MeV的能量为5.27×10²⁶ MeV．

点评 解决本题的关键知道在核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，以及掌握爱因斯坦质能方程．