太阳中含有大量的氘核,因氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射.已知氘核质量为2.013 6u,氦核质量为3.015 0u,中子质量为1.008 7u,1u的质量相当于931.5MeV的能量则:
(1)完成核反应方程:
H+
H→
He
He+
n.
(2)求核反应中释放的核能.
(3)在两氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.
(1)完成核反应方程:
2 1 |
2 1 |
3 2 |
3 2 |
1 0 |
(2)求核反应中释放的核能.
(3)在两氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.
分析:(1)根据质量数守恒与核电荷数守恒,写出核反应方程式.
(2)求出核反应过程中的质量亏损,然后由质能方程求出释放的核能.
(3)两氘核对心碰撞过程,遵守动量守恒和能量守恒根据动量守恒和能量守恒列方程求解.
(2)求出核反应过程中的质量亏损,然后由质能方程求出释放的核能.
(3)两氘核对心碰撞过程,遵守动量守恒和能量守恒根据动量守恒和能量守恒列方程求解.
解答:解:(1)由核电荷数守恒可知,新核的核电荷数是2,因此新核是He,
由质量数与核电荷数守恒可知,核反应方程式是:
H+
H→
He+
n;
(2)反应过程中质量减少了:
△m=2×2.0136u-1.0087u-3.0150u=0.0035u,
反应过程中释放的核能△E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)设
n核和
He的动量分别为P1和P2,
由动量守恒定律得:O=P1+P2,由此得P1和P2大小相等,
由动能和动量关系E=
及
n和
He的质量关系得:
中子的动能En是
He核动能EHe的3倍,即En:EHe=3:1,
由能量守恒定律得:EHe+En=△E+2EK,
解得:中子的动能En=2.97MeV,
He的动能:EHe=0.99MeV,
故答案为:(1)
He;
(2)核反应中释放的核能为3.26MeV;
(3)中子的动能为2.97MeV,氦核的动能为0.99MeV.
由质量数与核电荷数守恒可知,核反应方程式是:
2 1 |
2 1 |
3 2 |
1 0 |
(2)反应过程中质量减少了:
△m=2×2.0136u-1.0087u-3.0150u=0.0035u,
反应过程中释放的核能△E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)设
1 0 |
3 2 |
由动量守恒定律得:O=P1+P2,由此得P1和P2大小相等,
由动能和动量关系E=
| P2 |
| 2m |
1 0 |
3 2 |
中子的动能En是
3 2 |
由能量守恒定律得:EHe+En=△E+2EK,
解得:中子的动能En=2.97MeV,
3 2 |
故答案为:(1)
3 2 |
(2)核反应中释放的核能为3.26MeV;
(3)中子的动能为2.97MeV,氦核的动能为0.99MeV.
点评:解决本题的关键知道在核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒,以及掌握爱因斯坦质能方程,能够灵活运用动量守恒定律和能量守恒定律.