题目

题型：江苏难度：来源：

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，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．
（1）把氢核聚变反应就简化为4个氢核（

11

H）聚变成氦核（

42

He），同时放出2个正电子（

01

e）和2个中微子（V_e），请写出该氢核聚变反应的方程，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上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量（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做出判断．
（可能用到数据：银河系质量约为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m=0.0005u，氦核质量m_a=4.0026u，氢和质量m_p=1.0078u，中微子v_e质量为零）．

答案

（1）由质量数与核电荷数守恒可知，
核反应方程式为：4

11

H→

42

He+2

01

e+2v_e，
核反应中的质量亏损：△m=4m_p-m_α-2m_e，
释放出的核能：△E=△mc²=4.14×10^-12J；
（2）核反应产生的氦的质量：m=

pt

△E

×m_α=6.1×10³⁹kg，
氦的含量k=

m

M

=

6.1×1039

3×1041

≈2%；
（3）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．
答：（1）核反应方程式：4

11

H→

42

He+2

01

e+2v_e，
一次反应释放的能量为4.14×10^-12J；
（2）银河系中氦的含量约为2%；
（3）银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．