题目

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Me=0.0005u，氦核质量Mα=4.0026u，氢核质量MH=1.0078u，中微子（ν）质量为零．〕 答案： 解：由质量数与核电荷数守恒可知， 核反应方程式为：4 11 H→ 24 He+2 10 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；答：核反应方程式：4 11 H→ 24 He+2 10 e+2ve，一次反应释放的能量为4.14×10﹣12J； 解：核反应产生的氦的质量：m= pt△E ×mα=6×1039kg， 答：银河系中氦的质量约为6×1039kg； 解：氦的含量k= mM = 6×10393×1041 ≈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：银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．

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