تُعد أجهزة كشف الدخان من الاختراعات الرائعة العملية ومنخفضة التكلفة بفضل إنتاجها الضخم. إذ يمكنك اقتناء جهاز كشف الدخان بتكلفة تقدر بـ 7 دولارات. مع ذلك فإنها تنقذ حياة آلاف الأشخاص كل عام. في الحقيقة، يُوصى بأن يحتوي كل منزل جهاز كشف دخان في كل طابق.

تتكون جميع أجهزة كشف الدخان من جزئين أساسيين: مستشعر لاستشعار الدخان، وبوق إلكتروني مرتفع الصوت للتنبيه. يمكن تشغيل أجهزة استشعار الدخان ببطارية 9 فولط أو بتيار منزلي شدته 120 فولط.

في هذا المقال، سنستعرض النوعين الأكثر شيوعًا من أجهزة كشف الدخان المستعملة حاليًا: أجهزة كشف الدخان الكهروضوئية، وأجهزة كشف الدخان بالتأيّن.

1- أجهزة كشف الدخان الكهروضوئية

أحيانًا عندما تدخل متجرًا ما ينطلق جرس بينما تعبر العتبة. إذا ألقيت نظرة ستلاحظ عادةً أنه يُستعمل كاشف الشعاع الضوئي. يوجد قرب الباب على أحد جانبي المتجر شعاع ضوئي -سواء ضوء أبيض وعدسة أو ليزر منخفض الطاقة- وعلى الجانب الآخر كاشف ضوئي يرصد الضوء.

عندما تعبر الشعاع الضوئي فإنك تعيقه، عندها يستشعر الكاشف غياب الضوء فيدق الجرس. هذا النوع ذاته من المستشعرات يمكن أن يُستخدم جهازًا لكشف الدخان. إذا امتلأ المتجر بالدخان لدرجة إعاقة الضوء، فإن الجرس سينطلق. لكن هنا تكمن مشكلتان:

  •  كبر حجم الجهاز.
  •  انخفاض الحساسية.

يجب أن يوجد الكثير من الدخان حتى ينطلق الإنذار، ويجب أن يكون الدخان كثيفًا لدرجة إعاقة الضوء.

يستعمل جهاز كشف الدخان الكهروضوئي الضوء بطريقة مختلفة. داخل جهاز كشف الدخان يوجد ضوء ومستشعر، يتموضع أحدهما بزاوية 90 درجة بالنسبة إلى الآخر.

طبيعيًا، ينطلق الضوء من مصدره –جهة اليسار مثلًا- ويعبر مباشرةً دون أن يصيب المستشعر. حال وجود الدخان، تبعثر جزيئات الدخان الضوء، فيقع القليل من الضوء على المستشعر:

عندها، ينطلق البوق الموجود في جهاز كشف الدخان.

تكون أجهزة الكشف الكهرومغناطيسية فعالة في استشعار الحرائق كثيرة الدخان، مثل احتراق الأثاث.

2- أجهزة كشف الدخان بالتأيّن (الإشعاع التأيّني):

لكشف وجود الدخان، تستعمل أجهزة كشف الدخان بالتأين حجرة تأيّن ومصدرًا لإشعاع تأيّني. هذا النوع من أجهزة كشف الدخان أكثر شيوعًا كونه أقل تكلفة وأكثر كفاءة في كشف القليل من الدخان.

يحتوي جهاز الكشف بالتأين قدرًا ضئيلًا من الأمريسيوم-241 (Am). لعنصر الأمريسيوم المشع فترة عمر النصف تساوي 432 سنة، وهو مصدر جيد لجزيئات ألفا.

إذا أردنا التحدث عن كمية الأمريسيوم الموجود في جهاز الكشف بطريقة أخرى، يمكن القول إن جهاز كشف نمطي يحتوي على 0.9 ميكرو كوري من الأمريسيوم-241. الكوري هي وحدة قياس للمواد النووية. إذا أمسكت 1 كوري من مادة ما في يدك، فأنت تمسك بكمية من المادة تخضع لـ 37000000000 تحول نووي كل ثانية. عمومًا، هذا يعني أن 37 مليار ذرة من العينة تتحلل وتبعث جزيئة إشعاع نووي -مثل جزيئات ألفا- كل ثانية. ينتج 1 غرام من عنصر الراديوم تقريبًا 1 كوري من النشاط النووي.

دعنا نلقي نظرة الآن على حجرة التأيّن:

أجهزة الكشف بالتأيّن: حجرة التأين

بنية حجرة التأين بسيطة جدًا، تتكون من صفيحتين مع جهد كهربائي عبرهما، إلى جانب مصدر مشع لإشعاع تأيني، مثل هذا:

جزيئات ألفا التي ينتجها عنصر الأمريسيوم تُؤيِّن ذرات الأكسجين والنيتروجين الموجودة في هواء الحجرة. التأيّن يعني نزع إلكترون من ذرة ما. يؤدي انتزاع إلكترون إلى وجود إلكترون حر سالب الشحنة، وذرة ينقصها إلكترون، أي موجبة الشحنة. تجذب الصفيحة ذات الجهد الكهربائي الموجب الإلكترون السالب، وتجذب الصفيحة ذات الجهد الكهربائي السالب الذرة الموجبة. تستشعر الإلكترونيات الموجودة في جهاز كشف الدخان القدر الضئيل من التيار الكهربائي الذي تمثله هذه الإلكترونات والأيونات المتحركة تجاه الصفيحتين.

عندما يدخل الدخان حجرة التأين فإنه يشوش هذا التيار، إذ ترتبط جزيئات الدخان بالأيونات وتحيِّدها. يستشعر جهاز كشف الدخان انخفاض التيار بين الصفيحتين فيطلق البوق.

ربما تطلق كلمة «الإشعاع النووي» صافرات الإنذار في الأذهان، لكن كمية الإشعاع في جهاز كشف الدخان ضئيلة جدًا، وتغلب عليه أشعة ألفا ضعيفة القدرة على الاختراق. لا يشكل الأمريسيوم الموجود في جهاز كشف الدخان خطرًا إلا حال استنشاقه. أنت بالتأكيد لا تريد العبث بجهاز كشف الدخان حتى لا ينتشر الأمريسيوم في الهواء.

الآن، دعنا نلقي نظرة داخل جهاز كشف الدخان بالتأين.

هكذا يبدو الشكل الخارجي لجهاز كشف دخان نمطي.

عندما تنزع الغطاء، تجد أن بنية جهاز كشف الدخان بسيطة جدًا. يتكون الجهاز من لوح دائري وحجرة تأين -الأسطوانة الفضية أعلى يمين الصورة التالية- وبوق الكتروني، الأسطوانة النحاسية أسفل يمين الصورة التالية:

هنا صورة مقربة للوحة:

وجانب سفلي من اللوحة:

حجرة التأين علبة من الألمنيوم تحتوي مصدر التأين. تمكن ملاحظة أن العلبة بها فتحات تسمح بتدفق الهواء. تمثل العلبة ذاتها صفيحة سالبة لحجرة التأين.

يوجد تحت العلبة حامل سيراميك يحتوي على الصفيحة الموجبة لحجرة التأين. يوجد تحت هذه الصفيحة مصدر التأين، الذي يجب التعامل معه بحرص.

اقرأ أيضًا:

كيف يعمل الإشعاع النووي ؟

ما هو التيار الكهربائي ؟

ترجمة: سارة احديدوش

تدقيق: بدور مارديني

المصدر