Question

新華社2007年1月15日電，繼去年9月首次成功放電后，我國“人造太陽”實驗裝置——位于合肥的全超導非圓截面核聚變實驗裝置(EAST)14日23時01分至15日1時連續放電四次，單次時間長約50毫秒，從而標志著第二輪物理實驗的開始。這個由我國自行設計、自行研制的“人造太陽”實驗裝置是世界上第一個同時具有全超導磁體和主動冷卻結構的托卡馬克。該裝置再次成功放電，標志著我國在全超導核聚變實驗裝置領域進一步站在了世界前沿。“人造太陽”是從氘濃度為3.0×10^-5 kg/L的海水中提取氘，使其在上億攝氏度的高溫下發生聚變反應并釋放能量，就像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。
(1)已知兩個氘核聚變后就生成一個氦核，同時釋放出一個中子，且M_n=1.008 7 u，M_D=2.013 6 u，M_α=3.015 0 u，1原子質量單位u相當于931.5 MeV的能量。試寫出其核反應方程式，并計算該核反應所釋放的核能。
(2)已知汽油的熱值q=4.6×10⁷J/kg，試計算1 L海水中所含的氘核全部發生聚變時，所放出的能量與多少汽油完全燃燒所釋放出的能量相當？

Answer 1

解：(1)該核反應方程式為
核聚變過程中質量虧損△m=2m_D-(m_He+m_n)=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u
由題給已知條件可知，該核反應釋放出的能量△E=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV
(2)設質量為m的汽油完全燃燒所放出的能量與1L海水所含的氘核全部聚變時所放出的能量相當，質量為m的汽油完全燃燒所放出的能量為Q=qm，由題給信息可知，1L海水中含有0.03 g的氘，則1 L海水中含有氘原子的個數6.02×10²³=9.03×10²¹（個）
由第(1)問的結論可知，兩個氘核發生聚變反應時所釋放的能量為3.26 MeV，則1 L海水中所含的氘核全部發生聚變時，所放出的能量為，于是有Q₁=E，即
則=51 kg