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:一是在宇宙中诞生后3分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部氢核聚变反应生成的.

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

(2)研究表明,银河系的年龄为t=3.8×1017 s,每秒钟银河系产生的能量约略为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.试估计算银河系中氦的质量(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.

(可能用到的数据:银河系质量为M=3×1041 kg,质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量Me=0.000 5 u,氦核质量Mα=4.002 6 u,氢核质量MP=1.007 8 u,中微子(Ve)质量为零.

 

【答案】

(1)4+2+2γ  4.14×10-12J

(2)6.0×1039 kg

(3)宇宙诞生后不久产生的

【解析】

试题分析:(1)方程式:4+2+2γ.

其质量亏损为Δm=4Mp-Mα-2Me=0.028 11u=4.664 6×10-29 kg.

ΔE=Δmc2=4.14×10-12 J

(2)氦的质量m=≈6.0×1039 kg.

(3)氦的含量k=≈2%

由估算可知,k=2%<25%.故银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的

考点:核反应方程 质能亏损  宇宙的诞生

点评:原子核能——尤其是通过裂变和聚变这两条有效途径获得核能,是当前解决能源问题中大家关心并积极研究的大事情。我们有必要让学生了解这方面的基础知识和进展情况,本题解题关键是要正确书写核反应方程式,熟练应用质能方程。

 

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