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简答题

一个铀核裂变时,释放△E=196MeV的能量,求质量是m=2kg的完全裂变时,能放出多少焦耳的能量?它相当于多少煤完全燃烧释放的能量?(煤的热值q=2.94×107J/kg,1eV=1.6×10-19J)

正确答案

解:2 kg铀235中合原子数1023个=5.12×1024

2 kg 铀235释放的能量

E=5.12×1024×196MeV =1. 004×1027MeV=1.6064×1014J

相当于燃烧的煤的质量

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填空题

裂变反应是目前利用中常用的反应,以原子核U为燃料的反应堆中,当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:

反应方程下方的数字是有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位).已知1u的质量对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是______MeV.

正确答案

根据爱因斯坦质能方程得:

E=△mc2=(235.0439+1.0087-138.9178-93.9154-3×1.0087)×9.3×102MeV=0.1924×9.3×102MeV=1.79×102MeV

故答案为:1.79×102

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简答题

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4.0026u,中子的质量为1.0087u.

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)

正确答案

小题1:

小题2:

小题3:

小题1:

小题2:

小题3:一年中产生的电能发生的核反应次数为

所需氘的质量

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填空题

(选做题,选修3-5)

我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英文名称:EAST,俗称“人造太阳”)。设可控热核实验反应前氘核(H)的质量为m1,氚核(H)的质量为m2,反应后氦核(He)的质量为m3,中子(n)的质量为m4。已知光速为c。则该装置中发生的核反应方程式是____________________,核反应放出的能量为_________________。

正确答案

;(m1+m2-m3 -m4)c2

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简答题

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)把氢核聚变反应简化为4个氢核聚变成氦核同时放出2个正电子和2个中微子,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=1×1037 J/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作出判断。

(可能用到的数据:银河系质量约为M=3×1041kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子ve质量为零.)

正确答案

解:(1)

△m=4mp-mα-2me

△E=△mc2=4.14×10-12 J

(2)

即氦的含量

(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

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