Question

【题目】核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站.一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子.若已知氘原子核的质量为2.0141u，氚原子核的质量为3.0160u，氦原子核的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10-27kg.（一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果保留两位有效数字）

（1）写氘和氚聚合的反应方程；

（2）试计算这个核反应释放出来的能量；

（3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗氘的质量为多少？

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

试题（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．

（2、3）根据爱因斯坦质能方程求出核反应所释放的能量，通过能量守恒定律求出每年消耗氘的质量．

解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得，→．

（2）根据爱因斯坦质能方程得，△E=△mc2=（2.0141+3.0160﹣4.0026﹣1.0087）×10﹣27×（3×108）2=1.66×10﹣27×9×1016J=2.8×10﹣12J．

（3）设每年消耗氘的质量为m，根据能量守恒定律得，

代入数据解得m=23kg．

答：（1）核反应方程为→．

（2）这个核反应释放出来的能量为2.8×10﹣12J．

（3）每年要消耗氘的质量为23kg．