题目内容

【题目】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种: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,由恒星内部氢核聚变反应生成的。

1)把轻核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He,同时放出两个正电子(e)和两个中微子(ν,请写出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,银河系的年龄约为t=38×1017s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J(即P=1×1037J/s,现假定该能量全部来自于上述轻核聚变反应,试估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=3×1041kg,原子质量单位1u=166×10-27kg,1u相当于15×10-10J的能量,电子质量Me=00005u,氦核质量Mα=40026u,氢核质量MH=10078u,中微子(ν)质量为零。〕

【答案】14+2+2γ 4.14×10-12J

26.0×1039kg

3)宇宙诞生后不久产生的

【解析】

试题(1)由质量数与核电荷数守恒可知,

核反应方程式为:

核反应中的质量亏损:△m=4mpmα2me

释放出的核能:△E=△mc2=414×1012J

2)核反应产生的氦的质量:m=×mα=6×1039kg

3)氦的含量k==≈2%

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.

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