专利名称：核裂变链式反应动态演示仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用于演示核裂变链式反应的动态演示仪器。
背景技术：
核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化过程。只有一些质量非常大 的原子核如铀、钍等原子核才能发生核裂变。这些原子的原子核在一个中子轰 击下会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二到三个中子及很大 的能量，新产生的中子又能使别的原子核接着发生核裂变......，从而使裂变过
程持续进行下去，这种过程称作链式反应。核裂变链式反应过程是瞬间发生的。 目前，国内缺乏与核裂变相关的科普展品，特别是还没有核裂变链式反应的动 态演示仪器，因而不利于开展核裂变知识的科普和教育活动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种能动态地演示核裂变链式反应， 从而有利于核裂变知识的科普和教育的核裂变链式反应动态演示仪。
为解决上述技术问题，本发明核裂变链式反应动态演示仪包括支架、玻璃 容器、底板、进球口、摇摆气缸、空气泵、吹气口、可编程控制器、分裂中子 球和撞击中子球，所述坡璃容器设于所述支架上，所述底板设于所述玻璃容器 的下面，所述底板上设有排列在一起的原子核模型图，所述底板上对应于所述 原子核模型图处设有凹口，所述分裂中子球置于所述凹口内，所述吹气口设于 所述玻璃容器的侧面下部，所述摇摆气缸的轴支承在所述底板的底部一侧，所 述进球口位于所述玻璃容器的上部，所述摇摆气缸与所述可编程控制器相连。
上述核裂变链式反应动态演示仪，它还包括有光电感应器件，它设于所述底 板上，与所述进球口的位置上下对应，所述光电感应器件与所述可编程控制器 相连。
上述核裂变链式反应动态演示仪，它还设有定位气缸，所述定位气缸设于所 述底板下部，它与所述摇摆气缸位于同一侧。
上述核裂变链式反应动态演示仪，它还包括有集球容器，该集球容器设于所 述底板的侧端，它在所述摇摆气缸的对侧。
上述核裂变链式反应动态演示仪，它还包括出球气缸和出球口，所述出球气 缸与所述可编程控制器相连，所述出球口与所述集球容器通过通道相连，所述 出球气缸与该通道的开关相连。
上述核裂变链式反应动态演示仪，所述分裂中子球和撞击中子球为乒乓球。
上述核裂变链式反应动态演示仪，所述底板的凹口内偏心设有吹气孔。
上述核裂变链式反应动态演示仪，所述玻璃容器是全封闭的，所述进球口向 下设于所述玻璃容器的顶端。
上述核裂变链式反应动态演示仪，所述底板上分布有小灯，它们与所述可编 程控制器相连。
上述核裂变链式反应动态演示仪，所述玻璃容器的下端连接有侧板，该侧板 的底部与所述底板相连，所述侧板的内部设有效果灯，所述效果灯与所述可编
程控制器相连，所述吹气口设于述侧板上。
本发明由于釆用了上述技术方案，观众通过玻璃容器首先可以形象、直观、 清楚地看到原子核的结构，然后再进行操作。操作时，观众将撞击中子球投入 坡璃容器中，撞击中子球向下落向底板，并撞击一个原子核模型图。此时，可 编程控制器控制该原子核模型图上的分裂中子球向上运动，表示一个原子核在 一个中子轰击下，释放出二个到三个中子。然后再控制位于该原子核模型图附 近的分裂中子球向上运动，表示新产生的中子又能使别的原子核接着发生核裂 变。最后控制底板上所有的分裂中子球向上运动，表示发生了链式反应，产生 核能。整个过程持续数秒种。它演示了中子轰击重核裂变时释放新生中子，这 些新生中子又能使其他原子核发生裂变直至产生链式反应这一过程，反映了核 裂变与链式反应两个基础知识的科学性。整个过程由公众直接参与操作，可让 观众通过直观、动态的演示，强烈地感受到核能在瞬间释放的强度与核裂变的 全过程，了解核裂变的科普知识，充分体现该仪器的科普作用。同时，在学生 学习原子核的中裂变现链式反应过程中，本发明演示仪器可以直接可起到教学 器材作用。由于演示仪在完成一次自动演示后，玻璃容器内的分裂中子球将无 序堆集，通过吹气口和摇摆气缸组成的自动复位机构，使整个平面可以左右前 后摇摆，加上气流吹动，可以达到自动恢复(复位率可达到95%以上)，等待第 二次操作。釆用可编程控制器可以实现气动控制、光电控制的协调和运用。从 而实现演示各个步骤，以达到最佳的演示效果。玻璃容器釆用全封闭结构，可 以让观众可以近距离观看，保障了安全。本发明演示仪操作简单，观众可独立 自行操作演示，按下启动后，在出球口拿到圆球后把它作为中子投入进球口， 击中原子核模型后，开始自动演示整个核裂变过程。它充分体现了演示性、参 与性、趣味性、可操作性等特点。利用光电感应器件，可以使仪器探测到撞击 中子球快要碰到原子核模型图的时间，以便开始自动演示。设置定位气缸，可 以在摇摆气缸发生故障不能工作的情况下，用其支撑住底板。集球容器可以将 自动恢复后不能进入底板上凹口的分裂中子球收集起来。设置出球口，可以便 于观众从集球容器中取球，作为撞击中子球放于进球口中。分裂中子球和撞击 中子球釆用乒乓球， 一是便于向上跳起运动，二则便于取材。在底板的凹口内 偏心设置吹气孔，可以利用高压气体产生的动力，瞬间将分裂中子球向上吹起 产生高速动运，符合展示时间要求。底板上分布的小灯和侧板内设的效果灯， 可以起到辅助展示的作用，增强展示的趣味性。
图1是本发明演示仪的外部纵向结构示意图2是本发明演示仪去除玻璃容器顶面后的俯视结构示意图； 图3是本发明演示仪中可编程控制仪的电气控制框图。
具体实施例方式
如图1所示，核裂变链式反应动态演示仪包括支架1、玻璃容器2、进球口 3、底板4、摇摆气缸5、空气泵6、吹气口7、电路控制板8、分裂中子球9、 撞击中子球、光电感应器件IO、定位气缸ll、集球容器12、出球气缸13、出
球口 14、小灯15和效果灯16。玻璃容器2设于支架1上，它是全封闭的，其 侧面设有一扇通过铰链连接的玻璃门21。进球口 3向下设于玻璃容器2的顶端。 玻璃容器2的下端连接有侧板17，侧板17的底部与底板4相连，效果灯16设 于侧板17的内部，效果灯16与可编程控制器18相连。侧板17上还设于吹气 口 7。摇摆气缸5的轴支承在底板4的底部一侧，定位气缸11设于底板4的下 部，它与摇摆气缸5位于同一侧。集球容器12设于底板4的侧端，它在摇摆气 缸5的对侧。出球口 14与集球容12器通过通道相连，出球气缸13与该通道的 开关相连，控制其开或关，进而每次控制一个撞击中子球到达出球口 14。
如图2所示，底板4上有规则地排列原子核放大后的模型图19，以铀235 原子核结构模型，用红色团表示。底板4上对应于原子核模型图19处设有三个 凹口20，每个凹口 20内设有偏心吹气孔22。小灯15分布设于底板4上。同时 结合图l所示，分裂中子球9置于凹口 20内。分裂中子球9和撞击中子球均釆 用黄色的兵乓球。光电感应器件10设于底板4上，它与进球口3的位置上下对 应。
如图3所示，可编程控制器18釆用FX1S-30MR芯片为其主控芯片，光电 感应器件IO、摇摆气缸5、出球气缸13、光电感应器件IO、小灯15、效果灯 16、启动开关、电源和气压指示灯、吹气控制开关分别与可编程控制器18相连。 需演示时，由工作人员开启空气泵，待气压达到规定值(仪器外部设有一绿色 指示灯，亮起表示达到规定值)后就能互动演示。按下启动按钮，黄色乒乓球 自动落入出球口，观众取这枚小球，走上台阶(如果演示仪比较高，可以在仪 器旁边设一台阶)，投入演示仪顶部的进球口；小球自动滚入演示仪内，"核裂 变"演示开始约5秒后，演示完成，等待3分钟，演示仪开始自动复位，等 待下一次演示。
权利要求
1、核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，它包括支架、玻璃容器、底板、进球口、摇摆气缸、空气泵、吹气口、可编程控制器、分裂中子球和撞击中子球，所述玻璃容器设于所述支架上，所述底板设于所述玻璃容器的下面，所述底板上设有排列在一起的原子核模型图，所述底板上对应于所述原子核模型图处设有凹口，所述分裂中子球置于所述凹口内，所述吹气口设于所述玻璃容器的侧面下部，所述摇摆气缸的轴支承在所述底板的底部一侧，所述进球口位于所述玻璃容器的上部，所述摇摆气缸与所述可编程控制器相连。
2、 如权利要求1所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，它还包括有光电感应器件，它设于所述底板上，与所述进球口的位置上下对应，所述 光电感应器件与所述可编程控制器相连。
3、 如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，它 还设有定位气缸，所述定位气缸设于所述底板下部，它与所述摇摆气缸位于同
4、 如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，它 还包括有集球容器，该集球容器设于所述底板的侧端，它在所述摇摆气缸的对
5、 如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，它 还包括出球气缸和出球口，所述出球气缸与所述可编程控制器相连，所述出球 口与所述集球容器通过通道相连，所述出球气缸与该通道的开关相连。
6、 如权利要求l或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，所 述分裂中子球和撞击中子球为乒乓球。
7、 如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，所 述底板的凹口内偏心设有吹气孔。
8、 如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，所述玻璃容器是全封闭的，所述进球口向下设于所述玻璃容器的顶端。
9、如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，所 述底板上分布有小灯，它们与所述可编程控制器相连。
10、如权利要求1或2所述的核裂变链式反应动态演示仪，其特征在于，所述玻璃容器的下端连接有侧板，该侧板的底部与所述底板相连，所述侧板的内部设有效果灯，所述效果灯与所述可编程控制器相连，所述吹气口设于述侧板上。
全文摘要
本发明公开了一种核裂变链式反应动态演示仪，包括支架、玻璃容器、底板、进球口、摇摆气缸、空气泵、吹气口、可编程控制器、分裂中子球和撞击中子球，玻璃容器设于支架上，底板设于玻璃容器的下面，底板上设有排列在一起的原子核模型图，底板上对应于原子核模型图处设有凹口，分裂中子球置于凹口内，吹气口设于玻璃容器的侧面下部，摇摆气缸的轴支承在底板的底部一侧，进球口位于玻璃容器的上部，摇摆气缸与可编程控制器相连。本发明演示仪能动态地演示核裂变链式反应，便于核裂变知识的科普和教育。
文档编号G09B23/20GK101178860SQ20071015718
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者朱建民, 殷建平, 解德扣 申请人:嘉兴市科技馆