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2个正电子()和2个中微子(ν₀),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^-27 kg,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_p=1.007 8 u,中微子ν_e质量为零.)

Answer 1

解析：(1)H→++2ν_e

Δm=4m_p-m_α-2m_e

ΔE=Δmc²=4.14×10^-12 J.

(2)m==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,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.

答案：(1)H→++2ν_e  4.14×10^-12 J  (2)2%  (3)略