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种：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，由恒星内部氢核聚变反应生成的．

（1）把轻核聚变反应简化为4个氢核（H）聚变成氦核（He），同时放出两个正电子（e）和两个中微子（ν），请写出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于上述轻核聚变反应，试估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=3×10⁴¹kg，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_e=0．0005u，氦核质量M_α=4．0026u，氢核质量M_H=1．0078u，中微子（ν）质量为零．〕

Answer

（1）核反应方程式：4H→He+2e+2ve，一次反应释放的能量为4．14×10﹣12J；

（2）银河系中氦的质量约为6×1039kg；

（3）银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．

【解析】

试题分析：（1）由质量数与核电荷数守恒可知，

核反应方程式为：4H→He+2e+2ve，

核反应中的质量亏损：△m=4mp﹣mα﹣2me，

释放出的核能：△E=△mc2=4．14×10﹣12J；

（2）核反应产生的氦的质量：m=×mα=6×1039kg，

（3）氦的含量k==≈2%；

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：4H→He+2e+2ve，一次反应释放的能量为4．14×10﹣12J；

（2）银河系中氦的质量约为6×1039kg；

（3）银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．