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=3.8×1017s,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=1.66×10-27kg,1u相当于1.5×10-10J的能量,电子质量Me=0.0005u,氦核质量Mα=4.0026u,氢核质量MH=1.0078u,中微子(ν)质量为零。〕
【答案】(1)4![]()
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+2
+2γ 4.14×10-12J
(2)6.0×1039kg
(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=4mp﹣mα﹣2me,
释放出的核能:△E=△mc2=4.14×10﹣12J;
(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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