题目

题型：同步题难度：来源：

新华社2007年1月15日电，继去年9月首次成功放电后，我国“人造太阳”实验装置——位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)14日23时01分至15日1时连续放电四次，单次时间长约50毫秒，从而标志着第二轮物理实验的开始。这个由我国自行设计、自行研制的“人造太阳”实验装置是世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克。该装置再次成功放电，标志着我国在全超导核聚变实验装置领域进一步站在了世界前沿。“人造太阳”是从氘浓度为3.0×10^-5 kg/L的海水中提取氘，使其在上亿摄氏度的高温下发生聚变反应并释放能量，就像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。
(1)已知两个氘核聚变后就生成一个氦核，同时释放出一个中子，且M_n=1.008 7 u，M_D=2.013 6 u，M_α=3.015 0 u，1原子质量单位u相当于931.5 MeV的能量。试写出其核反应方程式，并计算该核反应所释放的核能。
(2)已知汽油的热值q=4.6×10⁷J/kg，试计算1 L海水中所含的氘核全部发生聚变时，所放出的能量与多少汽油完全燃烧所释放出的能量相当？

答案

解：(1)该核反应方程式为
核聚变过程中质量亏损△m=2m_D-(m_He+m_n)=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u
由题给已知条件可知，该核反应释放出的能量△E=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV
(2)设质量为m的汽油完全燃烧所放出的能量与1L海水所含的氘核全部聚变时所放出的能量相当，质量为m的汽油完全燃烧所放出的能量为Q=qm，由题给信息可知，1L海水中含有0.03 g的氘，则1 L海水中含有氘原子的个数6.02×10²³=9.03×10²¹（个）
由第(1)问的结论可知，两个氘核发生聚变反应时所释放的能量为3.26 MeV，则1 L海水中所含的氘核全部发生聚变时，所放出的能量为，于是有Q₁=E，即
则=51 kg