Question

【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。〕

Answer 1

【答案】（1）4+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．