两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）。已知氘核质量mD=2.013 6 u，氦核质量mHe=3.015 0 u，中子质量mn=1.008 7 u。( - 高中物理试题 - 超级试练试题库

题目

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两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）。已知氘核质量m_D=2.013 6 u，氦核质量m_He=3.015 0 u，中子质量m_n=1.008 7 u。
(1)写出聚变方程并算出释放的核能(已知l u= 931.5 MeV)；
(2)若反应前两氘核的动能均为_EkD=0.35 MeV，它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？

答案

解：(1)聚变的核反应方程为

这个核反应中的质量亏损△m=2m_D-(m_He+m_n)=(2×2.013 6-3.015 0-1.008 7)u=0.003 5 u
释放的核能△E=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV
(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量守恒为零，即0=m_Hev_He+m_nv_n又由于反应前后总能量守恒，故反应后氦核和中子的总动能

①
因为

，所以氦核和中子的速率之比为

把这两个关系式代入①式得

即(3.26+2×0.35)MeV=4E_kHe得氦核的动能和中子的动能分别为

E_kn=3E_kHe=2.97 MeV

核心考点

试题【两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）。已知氘核质量mD=2.013 6 u，氦核质量mHe=3.015 0 u，中子质量mn=1.008 7 u。(】；主要考察你对质能方程等知识点的理解。[详细]

举一反三

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？

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氘核

和氚核

聚合成氦核

的核反应方程如下：

。设氘核质量为m₁，氚核质量为m₂，氦核质量为m₃，中子质量为m₄，反应过程释放的能量为 [ ]
A．（m₁+m₂+m₃）c²
B．（m₁+m₂-m₄）c²
C．（m₁+m₂-m₃-m₄）c²
D．（m₃+m₄-m₁-m₂）c²

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质子、中子和氘核的质量分别为m₁、m₂和m₃，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克常量h，真空中的光速为c，则γ射线的频率为_________。

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如下一系列核反应是恒星内部发生的。

其中p为质子，α为α粒子，e⁺为正电子，v为一种中微子。已知质子的质量为m_p=1.672 648×10-27 kg，α粒子的质量为m_α=6.644 929×10^-27 kg，正电子的质量数为m_e=9.11×10^-31 kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c=3.00×10⁸ m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量。

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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

，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=1×10³⁷ J/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作出判断。
（可能用到的数据：银河系质量约为M=3×10⁴¹kg，原子质量单位1 u=1.66×10^-27 kg，1 u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．）

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