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2006年2月7日電,我國(guó)科學(xué)家成功完成了“托卡馬克”實(shí)驗(yàn)裝置,將會(huì)制造出世界上首個(gè)“人造太陽(yáng)”�!叭嗽焯�(yáng)”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(fā)生聚變反應(yīng)并釋放能量,就像太陽(yáng)一樣給人類提供無(wú)限清潔的能源。

(1)已知兩個(gè)氘核聚變生成一個(gè)氦核,同時(shí)釋放出一個(gè)中子,且mn=1.008 7 u,mD=2.013 6 u,mα=3.015 0 u,1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931.5 MeV的能量。試寫出其核反應(yīng)方程式,并計(jì)算該核反應(yīng)所釋放的核能。

(2)已知汽油的燃燒值q=4.6×107 J/kg,試計(jì)算1 L海水中所含的氘核全部發(fā)生聚變時(shí),所放出的能量與多少汽油完全燃燒所釋放出的能量相當(dāng)?

(1)3.26 MeV

(2)51 kg

解析:(1)核反應(yīng)方程式為H+H→He+n核聚變過程中質(zhì)量虧損為

Δm=2mD-(mα+mn)=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u

由愛因斯坦質(zhì)能方程可知,該核反應(yīng)釋放出的能量為

ΔE=Δmc2=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV.

(2)設(shè)m kg汽油完全燃燒所放出的能量與1 L海水中所含的氘核全部聚變時(shí)所放出的能量相當(dāng),m kg汽油完全燃燒所放出的能量為Q1=qm

由題給信息可知,1 L海水中含有0.03 g的氘,則1 L海水中含有氘原子的個(gè)數(shù)為N=×6.02×1023=9.03×1021 個(gè)

由第(1)問的結(jié)論可知,兩個(gè)氘核發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)所釋放的能量為3.26 MeV,則1 L海水中所含的氘核全部發(fā)生聚變時(shí),所放出的能量為E=ΔE

于是,有Q1=E,即qm=ΔE

則m=N×=kg=51 kg。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

同步練習(xí)冊(cè)答案
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