Question

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个氢核聚变成氦核，同时放出两个正电子和2个中微子(ν₀)，请写出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.

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

Answer 1

(1)　4.14×10^－12 J

(2)2％

(3)略

解析:

(1)核反应方程为

其质量亏损Δm=4m_p－m_α－2m_e

释放的能量ΔE=Δmc²=4.14×10^－12 J.

(2)

氦的含量

(3)由估算结果可知，k≈2%，远小于25％的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.