问题 问答题

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(Ve),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ma=4.0026u,氢和质量mp=1.0078u,中微子ve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+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=

pt
△E
×mα=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+2ve

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.

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