Question

【題目】核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源.近年來(lái)，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站.一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個(gè)中子.若已知氘原子核的質(zhì)量為2.0141u，氚原子核的質(zhì)量為3.0160u，氦原子核的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u=1.66×10-27kg.（一年按3.2×107s計(jì)算，光速c=3.00×108m/s，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（1）寫氘和氚聚合的反應(yīng)方程；

（2）試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來(lái)的能量；

（3）若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗氘的質(zhì)量為多少？

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

試題（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程．

（2、3）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程求出核反應(yīng)所釋放的能量，通過能量守恒定律求出每年消耗氘的質(zhì)量．

解：（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，→．

（2）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得，△E=△mc2=（2.0141+3.0160﹣4.0026﹣1.0087）×10﹣27×（3×108）2=1.66×10﹣27×9×1016J=2.8×10﹣12J．

（3）設(shè)每年消耗氘的質(zhì)量為m，根據(jù)能量守恒定律得，

代入數(shù)據(jù)解得m=23kg．

答：（1）核反應(yīng)方程為→．

（2）這個(gè)核反應(yīng)釋放出來(lái)的能量為2.8×10﹣12J．

（3）每年要消耗氘的質(zhì)量為23kg．