Question

5．太阳向外辐射的能量主要来自于其内部的氢核聚变反应．其反应过程可简化为4个氢核（${\;}_{1}^{1}$H）聚变成氦核（${\;}_{2}^{4}$He），同时放出2个正电子（${\;}_{1}^{0}$e）和2个中微子（ν_e），则该氢核聚变的核反应方程式为4${\;}_{1}^{1}$H→${\;}_{2}^{4}$He+2${\;}_{1}^{0}$e+2ν_e．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P=1×10³⁷J，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，则银河系中氦的含量约为2%（最后结果保留一位有效数字）（银河系质量为M=3×10⁴¹kg，氦核质量为m_α=6.6443×10^-27kg，一次氢核聚变反应所释放的能量为△E=4.14×10^-12J）．

Answer 1

分析 根据质量数与质子数守恒，即可书写核反应方程；
根据公式E=Pt求得产生总能量，再根据次氢核聚变反应所释放的能量，从而求得氦核数量，最后依据每个氦核质量，求得氦核总质量，从而即可求解．

解答 解：根据质量数与质子数守恒，则有，氢核聚变的核反应方程式为：4${\;}_{1}^{1}$H→${\;}_{2}^{4}$He+2${\;}_{1}^{0}$e+2ν_e．
银河系中产生的总能量E=Pt，代入数据可得：E=3.8×10⁵⁴J，
一次氢核聚变反应所释放的能量为：△E=4.14×10^-12J，
所以银河系中氦核的数量为：n=$\frac{E}{△E}$=9.18×10⁶⁵个，
每个氦核质量为：m_α=6.6443×10^-27kg，
所以银河系中氦核的总质量为：m=nm_α=6.1×10³⁹kg，
而银河质量为：M=3×10⁴¹kg，
所以银河系中氦的含量约为：$\frac{m}{M}$×100%=2%．
故答案为：4${\;}_{1}^{1}$H→${\;}_{2}^{4}$He+2${\;}_{1}^{0}$e+2ν_e，2%．

点评 考查核反应方程的书写规律，掌握如何建立正确的物理模型是解题的关键，注意求出银河系中氦核的数量是重点．