Question

天文學家測得銀河系中氦的含量約為25%，有關研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙中誕生后3分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內部氫核聚變反應生成的.

（1）把氫核聚變反應簡化為4個氫核（）聚變成氦核（）.同時放出2個正電子（）和2個中微子（ν_e），請寫出該氫核聚變反應的方程式，并計算一次反應釋放的能量.

（2）研究表明，銀河系的年齡為t=3.8×10¹⁷ s，每秒鐘銀河系產生的能量約略為1×10³⁷ J（即P=1×10³7 J/s）,現假定該能量全部來自上述氫核聚變反應.試估計算銀河系中氦的質量（最后結果保留一位有效數字）.

（3）根據你的估算結果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷.

(可能用到的數據：銀河系質量為M=3×10⁴¹ kg,質量單位1 u=1.66×10^-27 kg,1u相當于1.5×10^-10 J的能量，電子質量M_e=0.000 5 u,氦核質量M_α=4.002 6 u,氫核質量M_P=1.007 8 u,中微子（V_e）質量為零.

 

Answer 1

【答案】

（1）4+2+2γ  4.14×10^-12J

（2）6.0×10³⁹ kg

（3）宇宙誕生后不久產生的

【解析】

試題分析：(1)方程式：4→+2+2γ.

其質量虧損為Δm=4M_p-M_α-2M_e=0.028 11u=4.664 6×10^-29 kg.

ΔE=Δmc²=4.14×10^-12 J

(2)氦的質量m=≈6.0×10³⁹ kg.

(3)氦的含量k=≈2%

由估算可知，k=2%<25%.故銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久產生的

考點：核反應方程 質能虧損  宇宙的誕生

點評：原子核能——尤其是通過裂變和聚變這兩條有效途徑獲得核能，是當前解決能源問題中大家關心并積極研究的大事情。我們有必要讓學生了解這方面的基礎知識和進展情況，本題解題關鍵是要正確書寫核反應方程式，熟練應用質能方程。