Question

新華社2007年1月15日電，繼去年9月首次成功放電后，我國(guó)“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置——位于合肥的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)14日23時(shí)01分至15日1時(shí)連續(xù)放電四次，單次時(shí)間長(zhǎng)約50毫秒，從而標(biāo)志著第二輪物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始。這個(gè)由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自行研制的“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置是世界上第一個(gè)同時(shí)具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克。該裝置再次成功放電，標(biāo)志著我國(guó)在全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域進(jìn)一步站在了世界前沿�！叭嗽焯�陽(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(lèi)提供無(wú)限清潔的能源。
(1)已知兩個(gè)氘核聚變后就生成一個(gè)氦核，同時(shí)釋放出一個(gè)中子，且M_n=1.008 7 u，M_D=2.013 6 u，M_α=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(xiě)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)已知汽油的熱值q=4.6×10⁷J/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)？

Answer 1

解：(1)該核反應(yīng)方程式為
核聚變過(guò)程中質(zhì)量虧損△m=2m_D-(m_He+m_n)=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u
由題給已知條件可知，該核反應(yīng)釋放出的能量△E=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV
(2)設(shè)質(zhì)量為m的汽油完全燃燒所放出的能量與1L海水所含的氘核全部聚變時(shí)所放出的能量相當(dāng)，質(zhì)量為m的汽油完全燃燒所放出的能量為Q=qm，由題給信息可知，1L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)6.02×10²³=9.03×10²¹（個(gè)）
由第(1)問(wèn)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，于是有Q₁=E，即
則=51 kg