Question

核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子了．若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10^-27kg．
（1）写出氘和氚聚合的反应方程．
（2）试计算这个核反应释放出来的能量．
（3）若建一座功率为3.0×10⁵kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？
（一年按3.2×10⁷s计算，光速c=3.00×10⁸m/s，结果取二位有效数字）

Answer 1

分析：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．
（2、3）根据爱因斯坦质能方程求出核反应所释放的能量，通过能量守恒定律求出每年消耗氘的质量．

解答：解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得，

2 1

H

+

3 1

H→

4 2

He

+

1 0

n．
（2）根据爱因斯坦质能方程得，△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）设每年消耗氘的质量为m，根据能量守恒定律得，Pt=

1

2

?

m

2

×6.02×1023×△E
代入数据解得m=23kg．
答：（1）核反应方程为

2 1

H

+

3 1

H→

4 2

He

+

1 0

n．
（2）这个核反应释放出来的能量为2.8×10^-12J．
（3）每年要消耗氘的质量为23kg．

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．