Question

（18分）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）把氫核反應簡化為4個氫核（）聚變成氦核（），同時放出2個正電子（）和2個中微子（v_e），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=3.8×10¹⁷s，每秒鐘銀河系產生的能量約為1×10³⁷J（即P=1×10³⁷J/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=3×10⁴¹kg，原子質量單位1u=1.66×10^－27kg，1u相當于1.5×10^－10J的能量，電子質量m_e=0.0005u，氦核質量m_α=4.0026u，氫核質量m_P=1.0078u，中微子v_e質量為零）

Answer 1

解析：

（1）氫核聚變核反應方程為

核反應中的質量虧損

由質能方程得

代入數據得

（2）氫核聚變反應生成的氦核總質量

氦的含量

（3）由估算結果可知，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。