專利名稱：核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于演示核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的動(dòng)態(tài)演示儀器。
背景技術(shù)：
核裂變是一個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化過程。只有一些質(zhì)量非常大 的原子核如鈾、釷等原子核才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在一個(gè)中子轟 擊下會(huì)分裂成兩個(gè)或更多個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出二到三個(gè)中子及很大 的能量，新產(chǎn)生的中子又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變......，從而使裂變過
程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程是瞬間發(fā)生的。 目前，國內(nèi)缺乏與核裂變相關(guān)的科普展品，特別是還沒有核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的動(dòng) 態(tài)演示儀器，因而不利于開展核裂變知識的科普和教育活動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出一種能動(dòng)態(tài)地演示核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)， 從而有利于核裂變知識的科普和教育的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀包括支架、玻璃 容器、底板、進(jìn)球口、搖擺氣缸、空氣泵、吹氣口、可編程控制器、分裂中子 球和撞擊中子球，所述坡璃容器設(shè)于所述支架上，所述底板設(shè)于所述玻璃容器 的下面，所述底板上設(shè)有排列在一起的原子核模型圖，所述底板上對應(yīng)于所述 原子核模型圖處設(shè)有凹口，所述分裂中子球置于所述凹口內(nèi)，所述吹氣口設(shè)于 所述玻璃容器的側(cè)面下部，所述搖擺氣缸的軸支承在所述底板的底部一側(cè)，所 述進(jìn)球口位于所述玻璃容器的上部，所述搖擺氣缸與所述可編程控制器相連。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，它還包括有光電感應(yīng)器件，它設(shè)于所述底 板上，與所述進(jìn)球口的位置上下對應(yīng)，所述光電感應(yīng)器件與所述可編程控制器 相連。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，它還設(shè)有定位氣缸，所述定位氣缸設(shè)于所 述底板下部，它與所述搖擺氣缸位于同一側(cè)。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，它還包括有集球容器，該集球容器設(shè)于所 述底板的側(cè)端，它在所述搖擺氣缸的對側(cè)。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，它還包括出球氣缸和出球口，所述出球氣 缸與所述可編程控制器相連，所述出球口與所述集球容器通過通道相連，所述 出球氣缸與該通道的開關(guān)相連。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，所述分裂中子球和撞擊中子球?yàn)槠古仪颉?br> 上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，所述底板的凹口內(nèi)偏心設(shè)有吹氣孔。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，所述玻璃容器是全封閉的，所述進(jìn)球口向 下設(shè)于所述玻璃容器的頂端。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，所述底板上分布有小燈，它們與所述可編 程控制器相連。
上述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，所述玻璃容器的下端連接有側(cè)板，該側(cè)板 的底部與所述底板相連，所述側(cè)板的內(nèi)部設(shè)有效果燈，所述效果燈與所述可編
程控制器相連，所述吹氣口設(shè)于述側(cè)板上。
本發(fā)明由于釆用了上述技術(shù)方案，觀眾通過玻璃容器首先可以形象、直觀、 清楚地看到原子核的結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行操作。操作時(shí)，觀眾將撞擊中子球投入 坡璃容器中，撞擊中子球向下落向底板，并撞擊一個(gè)原子核模型圖。此時(shí)，可 編程控制器控制該原子核模型圖上的分裂中子球向上運(yùn)動(dòng)，表示一個(gè)原子核在 一個(gè)中子轟擊下，釋放出二個(gè)到三個(gè)中子。然后再控制位于該原子核模型圖附 近的分裂中子球向上運(yùn)動(dòng)，表示新產(chǎn)生的中子又能使別的原子核接著發(fā)生核裂 變。最后控制底板上所有的分裂中子球向上運(yùn)動(dòng)，表示發(fā)生了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生 核能。整個(gè)過程持續(xù)數(shù)秒種。它演示了中子轟擊重核裂變時(shí)釋放新生中子，這 些新生中子又能使其他原子核發(fā)生裂變直至產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這一過程，反映了核 裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩個(gè)基礎(chǔ)知識的科學(xué)性。整個(gè)過程由公眾直接參與操作，可讓 觀眾通過直觀、動(dòng)態(tài)的演示，強(qiáng)烈地感受到核能在瞬間釋放的強(qiáng)度與核裂變的 全過程，了解核裂變的科普知識，充分體現(xiàn)該儀器的科普作用。同時(shí)，在學(xué)生 學(xué)習(xí)原子核的中裂變現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中，本發(fā)明演示儀器可以直接可起到教學(xué) 器材作用。由于演示儀在完成一次自動(dòng)演示后，玻璃容器內(nèi)的分裂中子球?qū)o 序堆集，通過吹氣口和搖擺氣缸組成的自動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)，使整個(gè)平面可以左右前 后搖擺，加上氣流吹動(dòng)，可以達(dá)到自動(dòng)恢復(fù)(復(fù)位率可達(dá)到95%以上)，等待第 二次操作。釆用可編程控制器可以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)控制、光電控制的協(xié)調(diào)和運(yùn)用。從 而實(shí)現(xiàn)演示各個(gè)步驟，以達(dá)到最佳的演示效果。玻璃容器釆用全封閉結(jié)構(gòu)，可 以讓觀眾可以近距離觀看，保障了安全。本發(fā)明演示儀操作簡單，觀眾可獨(dú)立 自行操作演示，按下啟動(dòng)后，在出球口拿到圓球后把它作為中子投入進(jìn)球口， 擊中原子核模型后，開始自動(dòng)演示整個(gè)核裂變過程。它充分體現(xiàn)了演示性、參 與性、趣味性、可操作性等特點(diǎn)。利用光電感應(yīng)器件，可以使儀器探測到撞擊 中子球快要碰到原子核模型圖的時(shí)間，以便開始自動(dòng)演示。設(shè)置定位氣缸，可 以在搖擺氣缸發(fā)生故障不能工作的情況下，用其支撐住底板。集球容器可以將 自動(dòng)恢復(fù)后不能進(jìn)入底板上凹口的分裂中子球收集起來。設(shè)置出球口，可以便 于觀眾從集球容器中取球，作為撞擊中子球放于進(jìn)球口中。分裂中子球和撞擊 中子球釆用乒乓球， 一是便于向上跳起運(yùn)動(dòng)，二則便于取材。在底板的凹口內(nèi) 偏心設(shè)置吹氣孔，可以利用高壓氣體產(chǎn)生的動(dòng)力，瞬間將分裂中子球向上吹起 產(chǎn)生高速動(dòng)運(yùn)，符合展示時(shí)間要求。底板上分布的小燈和側(cè)板內(nèi)設(shè)的效果燈， 可以起到輔助展示的作用，增強(qiáng)展示的趣味性。


圖1是本發(fā)明演示儀的外部縱向結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明演示儀去除玻璃容器頂面后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明演示儀中可編程控制儀的電氣控制框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀包括支架1、玻璃容器2、進(jìn)球口 3、底板4、搖擺氣缸5、空氣泵6、吹氣口7、電路控制板8、分裂中子球9、 撞擊中子球、光電感應(yīng)器件IO、定位氣缸ll、集球容器12、出球氣缸13、出
球口 14、小燈15和效果燈16。玻璃容器2設(shè)于支架1上，它是全封閉的，其 側(cè)面設(shè)有一扇通過鉸鏈連接的玻璃門21。進(jìn)球口 3向下設(shè)于玻璃容器2的頂端。 玻璃容器2的下端連接有側(cè)板17，側(cè)板17的底部與底板4相連，效果燈16設(shè) 于側(cè)板17的內(nèi)部，效果燈16與可編程控制器18相連。側(cè)板17上還設(shè)于吹氣 口 7。搖擺氣缸5的軸支承在底板4的底部一側(cè)，定位氣缸11設(shè)于底板4的下 部，它與搖擺氣缸5位于同一側(cè)。集球容器12設(shè)于底板4的側(cè)端，它在搖擺氣 缸5的對側(cè)。出球口 14與集球容12器通過通道相連，出球氣缸13與該通道的 開關(guān)相連，控制其開或關(guān)，進(jìn)而每次控制一個(gè)撞擊中子球到達(dá)出球口 14。
如圖2所示，底板4上有規(guī)則地排列原子核放大后的模型圖19，以鈾235 原子核結(jié)構(gòu)模型，用紅色團(tuán)表示。底板4上對應(yīng)于原子核模型圖19處設(shè)有三個(gè) 凹口20，每個(gè)凹口 20內(nèi)設(shè)有偏心吹氣孔22。小燈15分布設(shè)于底板4上。同時(shí) 結(jié)合圖l所示，分裂中子球9置于凹口 20內(nèi)。分裂中子球9和撞擊中子球均釆 用黃色的兵乓球。光電感應(yīng)器件10設(shè)于底板4上，它與進(jìn)球口3的位置上下對 應(yīng)。
如圖3所示，可編程控制器18釆用FX1S-30MR芯片為其主控芯片，光電 感應(yīng)器件IO、搖擺氣缸5、出球氣缸13、光電感應(yīng)器件IO、小燈15、效果燈 16、啟動(dòng)開關(guān)、電源和氣壓指示燈、吹氣控制開關(guān)分別與可編程控制器18相連。 需演示時(shí)，由工作人員開啟空氣泵，待氣壓達(dá)到規(guī)定值(儀器外部設(shè)有一綠色 指示燈，亮起表示達(dá)到規(guī)定值)后就能互動(dòng)演示。按下啟動(dòng)按鈕，黃色乒乓球 自動(dòng)落入出球口，觀眾取這枚小球，走上臺階(如果演示儀比較高，可以在儀 器旁邊設(shè)一臺階)，投入演示儀頂部的進(jìn)球口；小球自動(dòng)滾入演示儀內(nèi)，"核裂 變"演示開始約5秒后，演示完成，等待3分鐘，演示儀開始自動(dòng)復(fù)位，等 待下一次演示。
權(quán)利要求
1、核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，它包括支架、玻璃容器、底板、進(jìn)球口、搖擺氣缸、空氣泵、吹氣口、可編程控制器、分裂中子球和撞擊中子球，所述玻璃容器設(shè)于所述支架上，所述底板設(shè)于所述玻璃容器的下面，所述底板上設(shè)有排列在一起的原子核模型圖，所述底板上對應(yīng)于所述原子核模型圖處設(shè)有凹口，所述分裂中子球置于所述凹口內(nèi)，所述吹氣口設(shè)于所述玻璃容器的側(cè)面下部，所述搖擺氣缸的軸支承在所述底板的底部一側(cè)，所述進(jìn)球口位于所述玻璃容器的上部，所述搖擺氣缸與所述可編程控制器相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，它還包括有光電感應(yīng)器件，它設(shè)于所述底板上，與所述進(jìn)球口的位置上下對應(yīng)，所述 光電感應(yīng)器件與所述可編程控制器相連。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，它 還設(shè)有定位氣缸，所述定位氣缸設(shè)于所述底板下部，它與所述搖擺氣缸位于同
4、 如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，它 還包括有集球容器，該集球容器設(shè)于所述底板的側(cè)端，它在所述搖擺氣缸的對
5、 如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，它 還包括出球氣缸和出球口，所述出球氣缸與所述可編程控制器相連，所述出球 口與所述集球容器通過通道相連，所述出球氣缸與該通道的開關(guān)相連。
6、 如權(quán)利要求l或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，所 述分裂中子球和撞擊中子球?yàn)槠古仪颉?br> 7、 如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，所 述底板的凹口內(nèi)偏心設(shè)有吹氣孔。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，所述玻璃容器是全封閉的，所述進(jìn)球口向下設(shè)于所述玻璃容器的頂端。
9、如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，所 述底板上分布有小燈，它們與所述可編程控制器相連。
10、如權(quán)利要求1或2所述的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，其特征在于，所述玻璃容器的下端連接有側(cè)板，該側(cè)板的底部與所述底板相連，所述側(cè)板的內(nèi)部設(shè)有效果燈，所述效果燈與所述可編程控制器相連，所述吹氣口設(shè)于述側(cè)板上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)態(tài)演示儀，包括支架、玻璃容器、底板、進(jìn)球口、搖擺氣缸、空氣泵、吹氣口、可編程控制器、分裂中子球和撞擊中子球，玻璃容器設(shè)于支架上，底板設(shè)于玻璃容器的下面，底板上設(shè)有排列在一起的原子核模型圖，底板上對應(yīng)于原子核模型圖處設(shè)有凹口，分裂中子球置于凹口內(nèi)，吹氣口設(shè)于玻璃容器的側(cè)面下部，搖擺氣缸的軸支承在底板的底部一側(cè)，進(jìn)球口位于玻璃容器的上部，搖擺氣缸與可編程控制器相連。本發(fā)明演示儀能動(dòng)態(tài)地演示核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，便于核裂變知識的科普和教育。
文檔編號G09B23/20GK101178860SQ20071015718
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者朱建民, 殷建平, 解德扣 申請人:嘉興市科技館