Question

（18分）兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核（氦的同位素）。已知氘核質量m₀=2.0136u，氦核質量=3.015u，中子質量m_n=1.0087u。

（1）寫出聚變方程并算出釋放的核能（已知1u= 931.5MeV）；

（2）若反應前兩氘核的動能均為E_k0=0.35MeV，它們正面對撞發生核聚變，且反應后釋放的核能全部轉變為動能，則反應產生的氦核和中子的動能各為多大?

Answer 1

解析：

（1）聚變的核反應方程為：

這個核反應中的質量虧損

．

由愛因斯坦質能方程得釋放的核能為

ΔE=Δmc²=0.0035uc²=0.0035×931.5MeV=3.26MeV

（2）把兩個氘核作為一個系統，對撞過程中動量守恒．由于反應前兩氘核動能相同，其動量等值反向，因此反應前后系統的總動量恒為零，即

0=m_Hev_He＋m_nv_n      ①

又由于反應前后總能量守恒，故反應后氦核和中子的總動能為

       ②

又m_He∶m_n=4∶1，所以，氦核和中子的速率之比為

把這兩個關系式代入②式得 

即（3.26＋2×0.35）MeV=5

所以，氦核的動能和中子的動能分別為