Question

天文學家測得銀河系中氦的含量約為25%.有關研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條:一是在宇宙誕生后2分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內部的氫核聚變反應生成的.

(1)把氫核聚變反應簡化為4個氫核聚變成氦核，同時放出兩個正電子和2個中微子(ν₀)，請寫出氫核聚變反應的方程，并計算一次反應釋放的能量;

(2)研究表明，銀河系的年齡約為t＝3.8×10¹⁷ s，每秒鐘銀河系產生的能量約為1×10³⁷ J(即P＝1×10³⁷ J/s).現假定該能量全部來自上述氫核聚變反應，試估算銀河系中氦的含量(最后結果保留一位有效數字);

(3)根據你的估算結果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷.

(可能用到的數據:銀河系質量約為M＝3×10⁴¹ kg，原子質量單位1 u＝1.66×10^－27kg，1 u相當于1.5×10^－10 J的能量，電子質量m_e＝0.000 5 u，氦核質量m_α＝4.002 6 u，氫核質量m_H＝1.007 8 u，中微子質量為零)

Answer 1

(1)　4.14×10^－12 J

(2)2％

(3)略

解析:

(1)核反應方程為

其質量虧損Δm=4m_p－m_α－2m_e

釋放的能量ΔE=Δmc²=4.14×10^－12 J.

(2)

氦的含量

(3)由估算結果可知，k≈2%，遠小于25％的實際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的.