Detector de fumUn incendiu provocat de un scurtcircuit la instalaţia electrică poate surveni pe neaşteptate la sediul firmei ori acasă. Detectorul de fum este un dispozitiv care vă poate salva de efectele devastatoare ale focului. Vreţi să ştiţi cum funcţionează unul? Citiţi acest articol.

 

 

 

Deşi este o invenţie extraordinară, care salvează anual mii de vieţi şi bunuri a căror valoare este dificil de estimat, în urma producţiei de masă detectoarele de fum au ajuns să coste foarte puţin, undeva în jurul a 10 euro. Iată două motive, preţul şi eficienţa, pentru care fiecare clădire ar trebui să fie echipată cu cel puţin un astfel de dispozitiv pe fiecare etaj.

În funcţie de principiul de funcţionare există două tipuri de detectoare de fum: detectoare cu ionizare şi detectoare cu senzor fotoelectric. Aparatele moderne folosesc chiar şi ambele metode de detecţie, uneori combinate cu un senzor de temperatură, pentru a detecta şi semnala acustic pericolul de incendiu. Dispozitivele sunt alimentate de baterii de 9 sau 12 volţi sau pot fi conectate la alimentarea cu 220V.

 

Detectoarele de fum fotoelectrice

Detectoarele de fum fotoelectrice folosesc fenomenul de reflexie şi difuzie a luminii pentru a indica prezenţa fumului vizibil. Principiul de funcţionare este similar celui al senzorilor folosiţi pentru deschiderea automată a uşilor. După cum se poate vedea în schema de mai jos, atunci când nu există fum în interiorul camerei detectorului, lumina generată de sursă (de obicei o diodă de tip LED - light-emitting diode), trece printr-o lentilă care focalizează fasciculul, iar acesta parcurge nestingherit drumul până la opritor. Când din cauza unei surse de foc fumul pătrunde în camera detectorului, o celulă foto-electrică poziţionată la 90 de grade de sursa de lumină detectează lumina reflectată de particulele de fum şi, la un anumit nivel de iluminare, declanşează soneria unui mecanism de alarmare acustică.

 

Detector fotoelectric

 

 

Detectorul de fum cu ionizare

Detectorul de fum cu ionizare este modelul mai des întâlnit, este mai ieftin şi are performanţe mai bune în detecţia focurilor care ard cu flacără puternică, unde se generează cantităţi mici de fum.

Detectoarele de fum cu ionizare folosesc cantităţi mici de americiu-241, un izotop al elementului radioactiv americiu. Acesta are rolul de a ioniza o cameră de detecţie, deci de a întreţine conductivitatea electrică a aerului din interior. Când în camera de detecţie pătrunde fum, scade foarte mult şi conductivitatea electrică, iar un dispozitiv electronic semnalează acest lucru declanşând o alarmă acustică. Detalii despre ce înseamnă procesul de ionizare, despre atomul de americiu cât şi despre componentele acestui model de detector de fum, în cele ce urmează.

 

Atomul de americiu. Izotopul 241Am

Aşa cum am precizat anterior, fiecare detector cu ionizare foloseşte o cantitate infimă de americiu, a cincea mia parte dintr-un gram de americiu-241. Americiul este un element chimic radioactiv care nu există în natură. Americiul a fost sintetizat pentru prima oară în anul 1944 la Argonne National Laboratory din Chicago. Sunt cunoscuţi 18 izotopi ai acestui element chimic, dintre care doar doi sunt mai stabili, ceilalţi având timpi de înjumătăţire foarte mici. Izotopul 241Am are o durată de înjumătăţire de 432,2 ani şi este o sursă foarte bună de particule alfa. Putem vorbi despre cantitatea de americiu folosită într-un detector cu ionizare şi folosindu-ne de o unitate de măsură relativă folosită în descrierea proprietăţilor materialelor radioactive, numită curie. Un curie dintr-un anumit material este acea cantitate de material (element chimic) care suferă 37 de miliarde de transformări nucleare într-o secundă. Asta înseamnă că 37 de miliarde de atomi din cantitatea în discuţie se descompun printr-una dintre metodele cunoscute (descompunere alfa, descompunere beta sau fisiune spontană) într-o secundă, emiţând fiecare în timpul acestui proces câte o particulă de radiaţie nucleară (o particulă alfa, in cazul americiului).

Un detector cu ionizare conţine 0.9 microcurie de americiu 241. Aceasta înseamnă că din cantitatea de americiu folosită într-un detector cu ionizare, de aproximativ 0.2 miligrame, în jur de 33000 de atomi se descompun prin procesul de dezintegrare alfa în fiecare secundă.

Americiul este găsit în componenţa detectoarelor de fum cu ionizare sub formă de dioxid de americiu.

Dioxidul de americiu, AmO2, a fost scos la vânzare pentru prima dată de către Comisia pentru Energie Atomică a SUA în 1962 şi preţul de atunci, 1500 de dolari pentru un gram, a rămas practic acelaşi. Un gram de oxid de americiu este suficient pentru 5000 de detectoare de fum. Deşi i s-au găsit şi alte utilizări, marea parte a celor câteva kilograme de americiu produse anual iau drumul producătorilor de detectoare de fum.

Dezintegrarea alfa este un tip de dezintegrare radioactivă în care un nucleu atomic emite o particulă alfa (doi protoni şi doi neutroni legaţi între ei într-o particulă identică cu un nucleu de heliu) şi se transformă (se dezintegrează) într-un atom cu un număr de masă cu 4 mai mic şi cu un număr atomic cu 2 mai mic.

Unitatea de măsură numită curie poartă numele lui Marie Curie şi foloseşte ca referință de calcul elementul chimic radiu. 1 gram de radiu generează 1 curie de activitate nucleară.

Timpul de înjumătăţire este timpul necesar unui izotop al unui element chimic radioactiv pentru a-şi înjumătăţi numărul de atomi, ca urmare a descompunerii radioactive. În cazul izotopului 241 al americiului, este nevoie de 432,2 ani pentru ca o anume cantitate să se înjumătăţească prin dezintegrare alfa.

 

Cum funcţionează detectorul cu ionizare?

 

Detector cu ionizare

 

Detectoarele cu ionizare au o cameră de detecţie (numită şi cameră de ionizare) şi o sursă de radiaţie ionizantă. Datorită proprietăţilor sale radioactive descrise anterior, americiul 241 este o sursă continuă de particule alfa (nuclee de heliu). Camera de ionizare conţine 2 plăci (electrozi) aşezate la o distanţă mică, de aproximativ 1 centimetru, una de cealaltă, şi conectate la o sursă de tensiune, de obicei o baterie, astfel încât una dintre ele se încarcă pozitiv, iar cealaltă negativ din punct de vedere electric.


 

Particulele alfa generate de sursa din americiu ionizează atomii de oxigen şi azot ai aerului din interiorul camerei de detecţie. Procesul de ionizare constă în desprinderea unui electron din structura unui atom în urma diverselor tipuri de interacţiuni. Ciocnirile dintre particulele alfa şi atomii de oxigen şi azot generează ioni ai acestor elemente (cu sarcina electrică pozitivă), în cadrul procesului eliberându-se electroni (sarcină electrică negativă). Electrodul negativ atrage ionii astfel generaţi, iar cel pozitiv sarcinile negative reprezentate de electronii eliberaţi de atomii de oxigen şi azot. Mişcarea acestor ioni şi electroni către cei doi electrozi dă naştere unui curent electric slab care este detectat continuu de către detectorul cu ionizare.

Atunci când în camera de ionizare pătrunde fum, particulele de fum absorb radiaţia alfa, cauzând scăderea ratei de ionizare a aerului din camera de ionizare şi, pe cale de consecinţă, o scădere a amperajului curentului electric măsurat între cei doi electrozi, ceea ce declanşează soneria alarmei.

 

Reprezintă detectoarele cu ionizare un pericol pentru organism ?

Termenul de radiaţie nucleară este asociat de majoritatea oamenilor dezastrului de la Cernobâl, deci unui mare pericol. Nu este cazul însă când este vorba despre detectoarele cu ionizare. Pe de o parte, cantitatea de radiaţie generată în interiorul unui detector cu ionizare este foarte mică. În plus, este vorba în special de radiaţie alfa. Particulele alfa din interiorul detectorului nu reprezintă un pericol pentru sănătatea oamenilor, deoarece sunt absorbite în câţiva centimetri de aer sau de către elementele din structura aparatului. Americiul conţinut într-un detector cu ionizare reprezintă un pericol doar dacă este inhalat sau ingerat în formă lichidă. De aceea nu se recomandă demontarea detectoarelor sau manipularea substanţei conţinute într-un asemenea dispozitiv, pentru a elibera americiu în aerul respirat.

Doza de radiaţii la care se expun locatarii unei camere echipate cu un asemenea dispozitiv este practic zero şi în orice caz cu mult mai mică decât doza la care suntem expuşi cu toţii în mod natural prin prezenţa radiaţiei cosmice de fond (background radiation). Nici chiar înghiţirea materialului radioactiv dintr-un detector de fum nu s-ar solda cu o rată semnificativă de absorbţie în organism a americiului, deoarece dioxidul de americiu este insolubil. Acesta ar traversa tractul digestiv fără a emite o doză de radiaţii periculoasă. Americiul-241 reprezintă totuşi un pericol dacă pătrunde în organism sub formă solubilă. În acest caz se descompune în particule alfa și raze gama şi afectează oasele şi ţesuturile ficatului.