Jonizacyjne czujniki dymu

ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00, faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
wspólny cel...
strona 1/4
Wybrane przykłady wykorzystania promieniowania jonizującego
Część 1. Jonizacyjne czujniki dymu
Marek Godlewski
Osiągnięcia fizyki jądrowej znalazły bardzo wiele zastosowań w nauce i technice oraz, co niezwykle
istotne, w medycynie, co umożliwiło lekarzom uratowanie życia tysiącom pacjentów. Często korzystamy z tych osiągnięć, zazwyczaj nawet nie zdając sobie z tego sprawy. Nie sposób wymienić wszystkich zastosowań promieniowania jonizującego. Jest ono wykorzystywane, np. w diagnostyce i terapii
medycznej, w sterylizacji sprzętu medycznego, rolnictwie, ochronie środowiska naturalnego, geologii,
archeologii, badaniu dzieł sztuki i w wielu innych dziedzinach. Warto znać te zastosowania, aby z nich
świadomie korzystać i jednocześnie unikać zagrożeń, jakie niesie z sobą stosowanie źródeł promieniotwórczych. Przykładowymi urządzeniami, w których zostały wykorzystane własności promieniowania jonizującego, są jonizacyjne detektory (czujniki) dymu stosowane w ochronie przeciwpożarowej.
Jednym z najgroźniejszych, niszczycielskich żywiołów jest ogień. Każdy pożar powoduje nie tylko
straty materialne, które mogą być bardzo znaczne, ale przede wszystkim stanowi ogromne zagrożenie
życia ludzi, którzy znaleźli się w jego zasięgu. Dlatego należy, co jest oczywiste, dokładać wszelkich
starań, by pożarom zapobiegać. Szczególnie ważne dla zwiększenia bezpieczeństwa osób przebywających w budynkach, a także dla zmniejszenia strat materialnych, jest wykrycie pożaru w możliwie
najwcześniejszym stadium. W wykrywaniu pożarów we wczesnym stadium pomagają detektory dymu.
Choć nie zapobiegają one powstawaniu pożaru, to ograniczają jego rozprzestrzenianie się, wszczynając alarm, gdy dym nie jest jeszcze widoczny gołym okiem, a materiał dopiero się tli. Detektory są
umieszczane pod sufitem w pomieszczeniach hotelowych, biurowcach, teatrach, kinach, zakładach
przemysłowych, a także, choć niestety rzadko, w domach i mieszkaniach. Według informacji Komendy
Głównej Państwowej Straży Pożarnej* aż 60–70% ofiar ginie podczas pożarów na skutek zetknięcia
z dymami i toksycznymi produktami spalania, takimi jak tlenek węgla, chlorowodór i cyjanowodór. Warto więc w szerokim zakresie, również w domach i mieszkaniach, stosować detektory dymu, zwłaszcza
że ich koszt nie jest wysoki.
Używane są dwa rodzaje detektorów dymu: optyczne i jonizacyjne. W ofercie niektórych producentów znajdują się również detektory, które w jednej obudowie zawierają oba czujniki – optyczny
i jonizacyjny.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2012-03-13
ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00, faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
wspólny cel...
strona 2/4
Czujniki optyczne (fotoelektryczne) reagują szybciej na pożary z dużą ilością dymu widocznego.
W skrócie zasadę działania takiego czujnika można przedstawić następująco: wewnątrz obudowy
detektora dymu znajduje się źródło światła (żarówka lub LED), które emituje wiązkę światła z zakresu
widzialnego lub podczerwieni (rys. 1). Obok wiązki znajduje się fotodioda. W normalnych warunkach,
gdy w otoczeniu detektora nie ma dymu, na fotodiodę nie pada światło. Podczas pożaru dym wnika
do wnętrza detektora przez otwory w jego obudowie, światło ulega rozproszeniu (na cząstkach dymu)
i pada na fotodiodę. Powoduje to zmianę natężenia prądu płynącego przez fotodiodę i włączenie
alarmu.
A. Czujnik w pomieszczeniu
A. Czujnik w pomieszczeniu
bez dymu
bez dymu
B. Czujnik w pomieszczeniu
B. Czujnik w pomieszczeniu
zadymionym zadymionym
wiązka światławiązka światła
wiązka światławiązka światła
fotodioda
fotodioda
fotodioda
światło rozproszone
światło rozproszone
obudowa
źródło światłaźródło światła
cząsteczki dymu
cząsteczki dymu
obudowa
fotodioda
światło rozproszone
światło rozproszone
obudowa
obudowa
źródło światłaźródło światła
Rys. 1. Schemat przedstawiający zasadę działania optycznego detektora dymu
Czujniki jonizacyjne nadają się szczególnie do wykrywania ognia, któremu towarzyszy niewielka
ilość dymu widocznego. Właśnie w ich konstrukcji zostały wykorzystane właściwości promieniowania
jonizującego, których poznanie zawdzięczamy fizyce jądrowej.
Wewnątrz tego typu czujnika znajduje się nieduża komora jonizacyjna, w której jest umieszczone
źródło promieniotwórcze o bardzo małej aktywności, emitujące cząstki . W komorze jonizacyjnej znajdują się również dwie elektrody, do których jest przyłożone niewielkie napięcie. Cząstki  emitowane
przez źródło promieniotwórcze jonizują powietrze wewnątrz komory (zderzają się z atomami gazów,
z których składa się powietrze, powodując wybijanie z nich elektronów i powstanie jonów). Obecność
jonów umożliwia przepływ pomiędzy elektrodami prądu elektrycznego (o bardzo małym natężeniu).
Jeśli w dozorowanym pomieszczeniu pojawi się dym, wnika on przez otwory w obudowie detektora
do jego wnętrza. Następnie przez otwory w metalowej osłonie komory jonizacyjnej przedostaje się
do jej wnętrza. Cząstki dymu, łącząc się ze zjonizowanymi cząsteczkami powietrza, powodują zmianę
natężenia prądu elektrycznego płynącego przez komorę. Zmiana natężenia prądu jest rejestrowana
przez układ elektroniczny, który włącza sygnalizację alarmową.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2012-03-13
ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00, faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
wspólny cel...
strona 3/4
W czujnikach jonizacyjnych najczęściej jako źródło cząstek  używa się obecnie izotopu ameryku
Am. Dawniej stosowano także rad 226Ra, pluton 238Pu lub pluton 239Pu. Aktywność stosowanych
źródeł wynosi około 5kBq. Mają one postać małej, metalowej płytki, na którą jest naniesiony izotop
promieniotwórczy pokryty bardzo cienką warstwą złota. Pokrycie to zapobiega przedostawaniu się
atomów izotopu promieniotwórczego do otoczenia. Zasięg cząstek alfa emitowanych przez ameryk
wynosi w powietrzu kilka centymetrów. Już kartka papieru, folia metalowa lub plastikowa całkowicie
pochłaniają to promieniowanie. Zatem promieniowanie  emitowane przez źródło nie wydostaje się
na zewnątrz metalowej obudowy komory jonizacyjnej, a tym bardziej na zewnątrz obudowy detektora.
241
syrena alarmowa
sygnalizacja optyczna
pojemnik
na baterie
metalowa osłona
komory jonizacyjnej
z otworami
Fot. 1. Przykładowy jonizacyjny detektor dymu
Fot. 2. Wnętrze jonizacyjnego detektora dymu
źródło
promieniowania
wnętrze komory
jonizacyjnej ze zdjętą
metalową osłoną
Fot. 3. Wnętrze komory jonizacyjnej
Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2012-03-13
ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00, faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
wspólny cel...
strona 4/4
Czujniki tego typu eksploatowane prawidłowo, chociaż zawierają źródła promieniotwórcze, są bezpieczne dla osób przebywających w pomieszczeniach, w których są zamontowane. Stosowane w czujnikach źródła promieniotwórcze mają małą aktywność, a emitowane przez nie cząstki  mają bardzo
mały zasięg i są całkowicie pochłaniane przez metalową osłonę komory jonizacyjnej oraz obudowę
detektora. Konstrukcja źródła zapobiega przedostaniu się ameryku do otoczenia.
Nie należy jednak używać jonizacyjnych detektorów dymu niezgodnie z ich przeznaczeniem. Wyjęcie źródła z komory może spowodować mechaniczne uszkodzenie jego powierzchni (zarysowanie
bardzo cienkiej warstwy złota, którym jest pokryty izotop promieniotwórczy) i przedostanie się atomów
ameryku do otoczenia lub na ręce osoby, która źródło dotknie. Spożycie izotopu -promieniotwórczego
lub wdychanie powietrza zawierającego taki izotop może być niebezpieczne dla zdrowia, a nawet dla
życia. Nie należy demontować zatem detektorów i wymontowywać z nich źródeł promieniotwórczych,
a przede wszystkim nie należy tych źródeł dotykać. Niepotrzebne lub uszkodzone detektory powinny
zostać zwrócone do producenta lub oddane w miejscu zakupu w celu utylizacji. Nie wolno wyrzucać
ich do śmieci!
*
Kpt. mgr inż. Robert Żuczek, Bezpieczeństwo pożarowe w domu [online], http://www.straz.gov.pl/page/index.php?str=2252
[dostęp: 12 marca 2012].
Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2012-03-13