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(H)聚變成氦核(He)，同時放出2個正電子(e)和2個中微子(v₀),請寫出該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。

(可能用到數據：銀河系質量約為M=3×10⁴¹ kg。原子質量單位1 u=1.66×10^-27 kg,1 u相當于1.5×10^-10 J的能量，電子質量m=0.000 5 u，氦核質量m_α=4.002 6 μ，氫核質量m_p=1.007 8 u，中微子v₀質量為零)

Answer 1

解析：(1)核反應方程為H=He+e+2v₀

質量號換Δm=4m_p-m_a-2m₃-0

釋放能量ΔE=Δmc²=4.14×10^-12 J

(2)m=_a=6.1×10³⁹ kg

氦的含量k=≈2%

(3)由估算結果可知，k≈2%遠小于25%的實際值，所以銀河系中氦主要是宇宙誕生后2分鐘左右生成的。

答案：(1)4.14×10^-12 J (2)2% (3)見解析(3)