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,并释放一个中子了.若已知氘原子的质量为2.0141u,氚原子的质量为3.0160u,氦原子的质量为4.0026u,中子的质量为1.0087u,1u=1.66×10-27kg.
(1)写出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,每年要消耗多少氘的质量?
(一年按3.2×107s计算,光速c=3.00×108m/s,结果取二位有效数字)
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得,
H 21
H→+ 31
He 42
n.+ 10
(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,Pt=
•1 2
×6.02×1023×△Em 2
代入数据解得m=23kg.
答:(1)核反应方程为
H 21
H→+ 31
He 42
n.+ 10
(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.