Question

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条：一是在宇宙中诞生后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）把氢核聚变反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（）.同时放出2个正电子（）和2个中微子（ν_e），请写出该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，银河系的年龄为t=3.8×10¹⁷ s，每秒钟银河系产生的能量约略为1×10³⁷ J（即P=1×10³7 J/s）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应.试估计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=3×10⁴¹ kg,质量单位1 u=1.66×10^-27 kg,1u相当于1.5×10^-10 J的能量，电子质量M_e=0.000 5 u,氦核质量M_α=4.002 6 u,氢核质量M_P=1.007 8 u,中微子（V_e）质量为零.

 

Answer 1

【答案】

（1）4+2+2γ  4.14×10^-12J

（2）6.0×10³⁹ kg

（3）宇宙诞生后不久产生的

【解析】

试题分析：(1)方程式：4→+2+2γ.

其质量亏损为Δm=4M_p-M_α-2M_e=0.028 11u=4.664 6×10^-29 kg.

ΔE=Δmc²=4.14×10^-12 J

(2)氦的质量m=≈6.0×10³⁹ kg.

(3)氦的含量k=≈2%

由估算可知，k=2%<25%.故银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的

考点：核反应方程 质能亏损  宇宙的诞生

点评：原子核能——尤其是通过裂变和聚变这两条有效途径获得核能，是当前解决能源问题中大家关心并积极研究的大事情。我们有必要让学生了解这方面的基础知识和进展情况，本题解题关键是要正确书写核反应方程式，熟练应用质能方程。