太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒
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太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒
题型:不详
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太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和
、
等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是
释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的
核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化,假定目前太阳全部由电子和
核组成。
(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量
M
。已知地球半径
R
=6.4×10
6
m,地球质量
m
=6.0×10
24
kg,日地中心的距离
r
=1.5×10
11
m,地球表面处的重力加速度
g
=10 m/s
2
,1年约为3.2×10
7
秒,试估算目前太阳的质量
M
。
(2)已知质子质量
m
p
=1.6726×10
-
27
kg,
质量
m
α
=6.6458×10
-
27
kg,电子质量
m
e
=0.9×10
-
30
kg,光速
c
=3×10
8
m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。
(3)又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能
w
=1.35×10
3
W/m
2
。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。(估算结果只要求一位有效数字。)
答案
(1)2×10
30
kg (2)4.2×10
-
12
J (3)1百亿年
解析
(1)估算太阳的质量
M
设T为地球绕日心运动的周期,则由万有引力定律和牛顿定律可知
①
地球表面处的重力加速度
②
③
以题给数值代入,得
M
=2×10
30
kg ④
(2)根据质量亏损和质能公式,该核反应每发生一次释放的核能为
△
E
=(4
m
p
+2
m
e
-
m
α
)
c
2
⑤
代入数值,得
△
E
=4.2×10
-
12
J ⑥
(3)根据题给假设,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为
⑦
因此,太阳总共辐射出的能量为
E
=
N
·△
E
设太阳辐射是各向同性的,则每秒内太阳向外放出的辐射能为
ε=4π
r
2
w
⑧
所以太阳继续保持在主星序的时间为
⑨
由以上各式解得
以题给数据代入,并以年为单位,可得
t
=1×10
10
年=1百亿年
举一反三
随着社会经济的发展,迫切需要大量的能源。因此,核能的应用作为第三次技术革命的标志之一,受到了人们的普遍重视.
(1)核电站中要用核反应堆使重核裂变,将释放出的巨大能量转化为电能.
①完成下列核反应方程式:
+
+
Zr+3
+8
+反中微子(反中微子的质量数和核电荷数均为零)
②核裂变反应和化学反应有一些不同点,如:
a:对单位质量的物质而言,核裂变反应的能量远远大于化学反应释放的能量;
b:同一元素的不同同位素,它们的化学性质是相同的,但它们的核反应性质是不同的;
C:_________________________________________________________.
③核电站热量传递的循环系统中应用了钠钾合金作为传热介质,试根据钠钾合金的性质说明这一应用的两点理由:
a.______________________________________________;
b.___________________________________________________.
(2)依据上述核反应计算:
①lkg铀235全部裂变产生多少千焦的能量?
(已知:
核的质量为235.0439u,中子(n)质量为1.0087u,钕(Nd)核的质量为 142.9098u,锆(Zr)核的质量为89.9047u,1u=1.6606×10
-
27
kg.)
(3)核反应除释放巨大的能量外,还可以用来生产各种放射性同位素,请举例说明放 射性同位素在医疗和工业上的应用:①_____________________________________________; ②_____________________________________________ .
题型:不详
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由于铀235具有俘获慢中子而发生裂变的特点,但裂变时产生的中子速度很大,不易被铀235俘获而诱发新的裂变,所以在核反应堆中常用石墨作减速荆,当快中子与石墨原子核经过若干次弹性碰撞后变会变为慢中子.设每次碰撞前石墨的原子核都处于静止状态,一个具有初动能E
0
的中子,去正面弹性碰撞质量是中子质量的k倍的石墨原子核,试问:
(1)第一次碰撞后,中子的动能是多少?
(2)第n次碰撞后,中子的动能是多少?
题型:不详
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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.若已知氘原子的质量为
,氚原子的质量为
,氦原子的质量为4.0026
u
,中子的质量为1.0087
u
,
.
小题1:写出氘和氚聚合的反应方程.
小题2:试计算这个核反应释放出来的能量.
小题3:若建一座功率为
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
计算,光速
,结果取二位有效数字)
题型:不详
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两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的质量,m
0
=2.0136u,氦核的质量
3.0150u,中子的质量,m
u
=1.0087u(1u相当于931MeV)。
(1)写出聚变方程并计算释放的核能。
(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35MeV。它们对心正碰发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?
题型:不详
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(2)静止的锂核
6
3
Li俘获一个速度为8×10
6
m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氮核
4
2
He,它的速度大小是8×10
6
m/s,方向与反应前的中子速度方向相同,求反应后产生的另一个粒子的速度。
题型:不详
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