第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙
[学习目标] 1.知道什么是核反应堆．(重点)2.知道核电站的工作模式，了解核能的利用．(重点)3.了解宇宙及恒星的演化．
一、反应堆 核电站
1．核反应堆
(1)核反应堆是人工控制链式反应的装置．
(2)减速剂
反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的减速剂有石墨、重水和普通水．
(3)控制棒
为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒．
(4)能量输出
核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
2．核电站及核能利用
(1)核能发电的效益
一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗煤250万吨．
(2)核能的利用
①核能发电
②把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能．
③用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素．
(3)核污染的处理
为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理．
二、小粒子与大宇宙
1．人类目前能够观测到的最大距离约为140亿光年之远．
2．对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型，目前普遍被大家接受的模型是大爆炸宇宙模型．
3．人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了约42个数量级．
4．从宇宙大爆炸到现在，以秒为单位，宇宙年龄的数量级约为1018s.
5．目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有10－25s.
6．物质世界的时间尺度：约从10－25s到1018s，也跨越了将近43个数量级．
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的． (√)
(2)核裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的．
(√)
(3)核电废料难以处理，对环境的污染比火电大． (×)
(4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子． (×)
(5)强子是参与强相互作用的粒子． (√)
2．如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
B [在核反应堆中，慢中子容易被铀235俘获发生裂变反应，A选项错误；快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，B选项正确；在核电站中，通过控制棒(一般用石墨棒或镉棒)吸收中子多少来控制反应速度，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，C选项错误；要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，D选项错误．]
3．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们所带电荷量如下表所示，表中e为基元电荷．下列说法正确的是( )
π＋
π－
u
d
电荷量
＋e
－e
＋e
－e
－e
＋e
A.π＋由u和组成
B．π＋由和d组成
C．π－由u和组成
D．π－由和d组成
AD [根据电荷量的关系可知，由于π＋介子带有＋e的电荷量，又由于π＋介子是由夸克和反夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个夸克u和反夸克合成，同理π－介子由夸克d和反夸克构成，故A、D正确．]
核能的利用
1.核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：
部件名称
减速剂
控制棒
热循环介质
保护层
采用的材料
石墨、重水或普
通水(也叫轻水)
镉
水或液态钠
很厚的水泥外
壳
作用
降低中子速度，便
于铀235吸收
吸收中子，控制反应速度
把反应堆内的
热量传输出去
屏蔽射线，防止放射性污染
2.反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图所示为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围．
反应堆示意图
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．
3．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
【例1】 U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200兆电子伏特的能量．现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料．假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol－1)
[解析] 核电站一天的发电量为：
E＝Pt＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J.
据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为：
n＝＝
＝1.35×1024(个)．
故发电站一天需要的纯铀235的质量为：
m＝·M＝×235×10－3 kg＝0.527 kg.
[答案] 0.527 kg
1．核电站释放的核能是n个核反应释放核能积累的结果E＝n·ΔE，ΔE＝Δmc2，n＝·NA.
2．发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E电＝ηE.
1．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( )
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．铀棒的作用是控制反应堆的功率
D．石墨的作用是吸收中子
[解析] AB [铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误．]
粒子
1.新粒子的发现及特点
发现时间
1932年
1937年
1947年
20世纪60年代后
新粒子
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
基本特点
质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反
比质子的质量小
质量介于电子与核子之间
其质量比质子大
2.粒子的分类
分类
参与的相互作用
发现的粒子
备注
强子
参与强相互作用
质子、中子、介子、超子
强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子
轻子
不参与强相互作用
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子
未发现内部结构
媒介子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子
光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
3.夸克的分类
夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的或.每种夸克都有对应的反夸克．
4．两点提醒
(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子．
(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．
【例2】 在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子＋H―→n＋e.
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______．(填写选项前的字母)
A．0和0 B．0和1
C．1和0 D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即e＋e―→2γ.已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________．
(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．
[解析] (1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A正确．
(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得＝8.2×10－14 J．正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律．
(3)物质波的波长为λ＝，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即p＝，因为mn>me，所以pn>pe，故λn<λe.
[答案] 见解析
2．关于粒子，下列说法正确的是( )
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．强子中没有带电的粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
D [由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.核反应堆是人工控制链式反应的装置，其中镉棒为控制棒.
2.宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸，其后逐渐演化成现在的宇宙世界.
3.粒子可分为三大类，有媒介子、轻子、强子，美国物理学家盖尔曼提出，强子是由夸克构成.
1．恒星的颜色取决于恒星的( )
A．体积
B．温度
C．质量
D．体积和温度以及它与地球的距离
B [恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．恒星表面颜色主要有四种，分别是红、黄、白、蓝．太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星．以下是四种颜色对应的温度．红色：3 000摄氏度；黄色：6 000摄氏度；白色：10 000摄氏度；蓝色：20 000摄氏度．因此恒星的颜色取决于恒星的温度，B正确，A、C、D错误．]
2．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
A [宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，故A正确；B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错误．]
3．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成，u夸克带电荷量为＋e，d夸克带电荷量为－e，e为基元电荷，下列论断中可能正确的是 ( )
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
B [题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量，据质子H带一个元电荷的电荷量及中子n不带电分析可知B项正确．]
4．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升．则下列说法正确的是( )
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．衰变释放的射线中，α射线的穿透力最强
C．日本后来向反应堆灌注海水，既可以降温，也减慢衰变速度，从而控制核污染
D．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量更大
A [核电站中，控制棒的作用是吸收中子实现对核反应的控制，故A选项正确；衰变辐射的三种射线中，穿透能力最强的是γ射线，电离能力最强的是α射线，故B选项错误；半衰期与外界因素无关，高温高压不会改变半衰期，故C选项错误；核裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，故遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量小，故D选项错误．]
课件58张PPT。第四章 原子核第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙234链式反应重水石墨5中子循环流动裂变控制棒．中子深630吨250万吨．7小型放射性原子核航空母舰潜艇8各种射线深地层射线水泥9140亿42大爆炸物质演化运动形态时空结构101018101810－2510－2511√√××√12131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十七)
(时间：45分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)下列说法中正确的是( )
A．夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元
B．目前已经发现了自由态的夸克
C．目前发现的夸克有6种
D．每种夸克都有对应的反夸克
CD [夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错．]
2．(多选)关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是( )
A．宇宙已经停止演化
B．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定
C．当温度达到一定值时，恒星内发生氦聚变，亮度增强
D．恒星最终都会演化为黑洞
BC [目前宇宙的演化仍在进行，A错．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B对．恒星内由氢聚变转变为氦聚变时，亮度增加，C对．根据最终质量的不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞，D错．]
3．关于人们发现的新粒子，下列说法不正确的是 ( )
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
D [根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确．]
4．有关宇宙的理解，下列说法中正确的是( )
A．质量越大的恒星寿命越长
B．太阳发出的光和热来自于碳、氧等物质的燃烧
C．在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高
D．由于光速有限，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去
D [质量越大的恒星寿命越短，故A错误；太阳发出的光和热来自于在太阳内部进行着大规模的核聚变释放的能量，故B错误；恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低．故C错误；由于光速有限，遥远的天体发出的光线到达我们时，我们看到的是过去的宇宙射线；故因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去，故D正确．]
5．关于天体及其演化，下列说法中正确的是( )
A．红色的恒星温度最高
B．恒星的寿命随其质量的增大而增大
C．红巨星最终一定会变成中子星
D．超新星爆发后会形成中子星
D [恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，故A错误；恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故B错误；小质量恒星的演化过程是：原始星云→恒星→红巨星→白矮星，故C错误；超新星爆发后会形成中子星，故D正确．]
6．(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000 万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )
A．核能发电对环境的污染比火力发电要大
B．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
C．所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能
D．如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理更简单，对环境污染更小
BD [目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故B正确，A、C错，如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易，对环境污染也更小，D正确．]
二、非选择题(14分)
7．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为
H＋C―→N＋Q1 ①
H＋N―→C＋X＋Q2 ②
方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：
原子核
H
H
He
C
N
N
质量/u
1.007 8
3.016 6
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
则可以推断X是________，方程中Q1和Q2的大小关系是Q1________Q2.
[解析] 由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为He，①式的质量亏损为Δm1＝1.007 8 u＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u．②式的质量亏损为Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，所以Δm2>Δm1根据质能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2>Q1.
[答案] He <
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它于2011年5月16日由奋进2号航天飞机携带升空，安装在国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反．例如反质子即为 1－1H，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过速度选择器沿OO′进入匀强磁场形成4条径迹，则( )
A．1、2是反粒子径迹
B．3、4为反粒子径迹
C．2为反α粒子径迹
D．4为反α粒子径迹
AC [由题图可知，粒子先通过速度选择器沿OO′做匀速直线运动(重力忽略不计)．四种粒子速度均大小相等，方向相同，它们进入同一匀强磁场后受到洛伦兹力作用而做匀速圆周运动．又因电性不同而受力方向相反，根据左手定则可判断反粒子刚进入磁场时受洛伦兹力方向向左，则1、2是反粒子的径迹，轨迹半径r＝，因反α粒子的比荷比反质子的比荷小，则反α粒子的轨迹半径比反质子的大，故2为反α粒子的径迹．]
2．(多选)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是 ( )
A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2
BD [由核反应方程2H→He＋X知X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确．]
3．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法不正确的是( )
A.U原子核中有92个质子，143个中子
B.U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J
C [由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D正确．]
4．K－介子衰变的方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子、π－介子带负的基本电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶6
C [由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：
轨道半径R＝＝∝p(同一磁场，且K－介子与π－介子带负的基本电荷)
所以＝＝
即pπ－＝pK－
又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－
得pπ0＝pK－＋pπ－＝pK－
所以＝]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(13分)有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．求：
(1)该聚变反应释放多少能量？
(2)若1 g氢完全聚变，能释放多少能量？
(3)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q＝3.36×107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u)
[解析] (1)核反应方程为4H―→He＋2e，
所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u
ΔE＝0.029 961×931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.47×10－12 J.
(2)1 g氢完全聚变释放的能量为
E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J＝6.73×1011 J.
(3)相当于煤完全燃烧的质量为
m＝ kg＝2.00×104 kg.
[答案] (1)4.47×10－12 J (2)6.73×1011 J
(3)2.00×104 kg
6．(13分)太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026 W.
(1)估算一下太阳每秒钟损失的质量；
(2)设太阳上的核反应都是4H→He＋2e＋2γ＋28 MeV这种形式的反应(γ是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透能力极强的中性粒子)．太阳与地球距离L＝1.5×1011m，太阳光垂直照射在地球表面上，试估算每秒钟、每平方米有多少中微子到达地球表面？
(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命．(太阳质量为2.0×1030 kg，质子质量为1.67×10－27 kg)
[解析] (1)太阳每秒钟放出的能量：ΔE＝Pt＝3.8×1026 J，由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得，Δm＝＝ kg≈4.2×109 kg＝4.2×106 t.
(2)每秒钟聚变反应的次数
n＝次≈8.48×1037次
每秒钟产生的中微子数n1＝2n＝16.96×1037个．距太阳L＝1.5×1011m的球面面积S＝4πL2＝4×3.14×(1.5×1011)2m2＝28.26×1022 m2
地球表面上每秒钟、每平方米接收到来自太阳的中微子数n2＝个≈6×1014个．
(3)能发生反应的质子总质量为m1＝2.0×1030×10% kg，每次聚变反应用4个质子，每秒钟用的质子数n＝4×8.48×1037个
每个质子的质量m0＝1.67×10－27 kg
太阳的寿命t＝ s≈3.53×1017 s≈112亿年．
[答案] (1)4.2×106 t (2)6×1014个 (3)112亿年
