[فيزيائي 2009]

كم هي المأساة التي تنتج عن اندلاع حريق في منزل او في مدرسة او في مستشفى او في مصنع، ولا يمكن السيطرة عليها انها بالفعل مأساة ونتائجها وخيمة تهدد حياة الانسان وتصيب ممتلكاته بالإبادة، هذه المأساة يمكن ان نمنعها من الحدوث باستخدام جهاز انذار مبكر لتنبيهنا باقتراب اندلاع حريق يعمل بواسطة الدخان المنبعث عند بدأ احتراق الاشياء، ويسمى هذا الجهاز بكاشف الدخان Smoke Detector.

يعتبر جهاز كشف الدخان الذي يحذر من إندلاع الحرائق من الأجهزة الزهيدة الثمن لأنها تنتج على نطاق واسع وبكميات كبيرة٬ والحصول على أحد هذه الأجهزة لا يتطلب توظيف ميزانية كبيرة، فهو لا يكلف في أكثر من 5 دنانير٬ وحتى وإن كانت تكلفته اكثر من ذلك فإنه يجب على كل كل الناس الحصول وتركيبه في الاماكن التي يعيشون فيها، لأن فائدته في إنقاذ الأرواح والأموال لا تقدر بثمن.
تأتي اجهزة الكشف عن الحريق بتقنيات متعددة وادوار مختلفة فمنها من يقوم باطلاق صفارة انذار عالية لتنبيه من في الجوار بوجود مشكلة او منها من يكون على اتصال باجهزة الدفاع المدني وبمجرد اطلاق صفارة الانذار يعطي اشارة لرجال الاطفاء بوجود حريق في المكان المثبت فيه جهاز الانذار، كما ان بعض اجهزة الانذار لايتوقف دورها عند هذا الحد بل تكون متصلة بنظام اطفاء داخلي يعمل جهاز كاشف الحريق على تشغيله ليطلق الماء في كل الاتجاهات لمنع حدوث كارثة لا قدر الله.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
جهاز كاشف الدخان الكهروضوئي

يتركب هذا الجهاز من جزئين أساسيين هما مستشعر للدخان وجرس كهربائي يصدر صوتاً عالياً٬ ويتم تشغيل جهاز الانذار بواسطة بطارية 9 فولت أو من خلال توصيله بكهرباء المنزل العادية.

في هذا الموضوع من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح فكرة جهاز كاشف الحريق وكيف يعمل بالتركيز على الأنواع الاكثر انتشاراً في الوقت الحالي وهما

(1) الكاشف الكهروضوئي
(2) الكاشف الأيوني.


أولاً كاشف الدخان الكهروضوئي
لتوضيح فكرة عمل هذا النوع من كاشف الدخان دعنا نأخذ المثال توضيحي من خلال حياتنا اليومية حيث انك ولابد أن لاحظت من حين لآخر عندما تدخل مجمعاً تجارياً انطلاق جرس ما بعد أن تجتاز عتبة البوابة الرئيسية للمجمع والسبب في ذلك يعود إلى الكاشف الصغير المثبت على جانب من جوانب البوابة والذي يعمل بالحزم الضوئية والمكون من جزئين على طرفي البوابة مصباح أبيض وعدسة أو ليزر منخفض القوة في ناحية وكاشف للضوء مثبت في الناحية الأخرى وهو عبارة عن خلية كهروضوئية. فعندما تقطع الشعاع الضوئي فإنه لن يصل إلى الكاشف فيعمل ذلك على تشغيل جهاز اطلاق الجرس الذي تسمعه في كل مرة تعبر البوابة.


وينطبق نفس المبدأ على كاشف الدخان٬ فعندما يمتلأ مكان ما بالدخان بحيث يحجب شعاع الضوء بشكل تام يصدر جهاز كاشف الدخان صوتاً عالياً منذراً بوجود حريق٬ لكن تبقى هنالك مشكلتان :

(1) أن حجم هذا الكاشف كبير نسبياً
(2) أن قدرته على تحسس الدخان ضعيفة

وهذا يعني أن الغرفة الموجود فيها الكاشف يجب ان تمتلء تماماً بالدخان قبل أن يعمل الكاشف، ولذلك يعتمد الكاشف الكهروضوئي على أسلوب مختلف وهو استعمال جهاز تحسس ومصباح داخليين مثبتين بزاوية 90 درجة مقابل بعضهما البعض كما في الشكل الموضح ادناه

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
(A) مصدر للضوء
(B) كاشف للضوء

الحالة العادية لمسار الضوء في جهاز كاشف الدخان الكهروضوئي


يصدر المصباح على الناحية اليسرى في الأحوال العادية شعاعاً ضوئيا مستقيما من مصباح من نوع LED وهذا الضوء في الاحوال العادية لا يصل إلى الكاشف المثبت عموديا على مسار الشعاع الضوئي٬ وعند وجود دخان في الغرفة فإن جزئيات الدخان تنتشر ايضاً في داخل الجهاز المثبت في اعلى الغرفة وتعمل على تشتيت الضوء فتتحول حزمة من الضوء إلى جهاز الكشف (الخلية الكهروضوئية) وتتولد فتحول الخلية الكهروضوئية الضوء إلى تيار كهربي يعمل على تفعيل دائرة اطلاق الانذار.


<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
(A) مصدر للضوء
(B) كاشف للضوء

في حالة وجود دخان فإن الضوء يتشتت ليصل إلى الخلية الكهروضوئية المثبتة في الكاشف




هذا النوع من الاجهزة فعال في كشف الحرائق ذات الدخان الكثيف مثل فرشة إسفنجية مشتعلة، او في مصانع المواد الكيميائية.


ثانياً كاشف الدخان الايوني

الاشعاع المؤين
يستخدم هذا النوع مصدراً للأشعة المؤينة لتعقب واكتشاف الدخان٬ ولعل هذا النوع هو الأكثر شيوعاً لأنه غير مكلف وذي قدرة أفضل على كشف الدخان خصوصاً إذا كانت كميته قليلة . حيث تجد في داخل كاشف الدخان الأيوني مقداراً ضئيلاً من عنصر الأمريكيوم-241 (americium-241 ) لاتتعدى كتلته 1/5000 من الغرام وهو عنصر مشع قادر على إطلاق الإشعاعات مدة 432 سنة٬ لذا فهو مصدر جيد لجسيمات ألفا.

يحتوي كاشف الدخان الايوني على 0.9 ميكروكيوري من الأمريكيوم 241 حيث ان الكيوري وحدة قياس النشاط الاشعاعي للنواة وعندما تمسك بيدك مقدار واحد كيوري من مادة مشعة فأنت تمسك بكمية من مادة تمر ب 37 مليار تحول نووي في الثانية ٬ وهذا يعني أن 37 مليار ذرة في هذه العينة آخذة في التحلل وتطلق الإشعاع كجسيمات ألفا في كل ثانية ٬ ويستطيع غرام واحد من عنصر الراديوم توليد واحد كيروري من الجسيمات المشعة.


الحجيرة المؤينة
مبدأ الحجيرة المؤينة بسيط للغاية ٬ فهي تتكون من صفيحتين يمر تيار كهربائي عبرهما إضافة للمصدر المشع الخاص بالإشعاع الأيوني كما هو مبين في الشكل الموضح أدناه :


<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تنطلق جسيمات الفا من الفتحة في الصفيحة السفلى فتأين جزيئات الهواء بين الصفيحتين مما يعمل على مرور تيار كهربي بين الصفيحتين

تملك جسيمات ألفا المتولدة عن الأمريكيوم خاصية القدرة على تأيين ذرات الأكسجين والنيتروجين في الهواء، أي تعمل على تحرير الإلكترونات من الذرة وجعلها ايون موجب الشحنة بينما تنجذب الالكترونات المتحررة في اتجاه الصفيحة ذات المتصلة بالقطب الموجب للبطارية فإن ايونات ذرات الاكسجين والنيتروجين الموجبة تتجه إلى الصفيحة المتصلة بالقطب السالب للبطارية٬ وبهذا يمكن اعتبار ان تيار كهربي يمر باستمرار خلال الدائرة الكهربية نتيجة لقيام العنصر المشع بتأيين ذرات الهواء (الأكسجين والنيتروجين) بين الصفيحتين المعدنيتين ويستمر هذا التيار الكهربي بقيمة ثابتة. ولكن عندما يصبح هناك دخان في الجوار فإن جزيئات الدخان سوف تعمل على التصادم مع ايونات الذرات الموجبة والتي تعمل على تشتتها مما يقل التيار الكهربي عن القيمة الثابتة. هذا الانخفاض في التيار الكهربي يعمل على تنبيه الكاشف بوجود دخان في الغرفة فيعمل على اطلاق صفارة الانذار.

لاشك عزيزي القارئ قد تتعجب من استخدام مواد مشعة في جهاز كاشف الدخان ولعلك تتساءل حول خطورة هذا الجهاز بوجود في الغرف التي نعيش فيها؟ ان العنصر المشع المستخدم هو الامريكيوم والذي يطلق جسيمات ألفا التي لا تستطيع اختراق ورقة٬ وبالتالي لا خطر منها على الاطلاق ولكن عنصر الأمريكيوم يشكل خطراً في حالة استنشاقه فقط٬ لذلك لا يجب محاولة فتح جهاز الكشف عن الدخان الذي يعمل بهذه الطريقة ومحاولة استكشاف ما فيه لانه قد تتعرض لهذه المادة والتي ينصح بعدم التعرض لها بأي شكل من الأشكال.

ماذا تجد داخل كاشف الدخان الأيوني؟
تم تصميم كاشف الدخان بحيث يمكن تثبيته في سقف الغرفة بدون ان يبدو مزعجاً او ملفتاً للنظر والشكل التالي يوضح الشكل الخارجي للجهاز

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
الشكل الخارجي لكاشف الدخان الايوني

واذا ما تم رفع الغطاء البلاستيكي ستجد أن تركيب الكاشف بسيط جداً حيث يتكون من لوحة دائرة كهربائية وحجيرة مؤينة (الإسطوانة الرمادية في أعلى الجهة اليمنى في الصورة السفلية) وجرس الانذار) الإسطوانة النحاسية المتجهة نحو الجهة السفلية اليمنى.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
الشكل الداخلي لكاشف الدخان الايوني

وتتألف الحجيرة المؤينة من علبة ألومنيوم تحتوي على مصدر الأيونات ٬ ولهذه العلبة شقوق تسمح بإدخال الهواء ٬ وهي تقوم مقام الصفيحة ذات الشحنة السالبة في الحجيرة المؤينة :

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

يوجد حامل من الخزف أسفل العلبة يحتوي على الصفيحة الموجبة الشحنة في الحجيرة ٬ وفي أسفلها يوجد مصدر الأيونات الذي يمنع لمسه منعاً باتاً.





<!--[if !vml]--><!--[endif]-->بالرغم من بساطة جهاز الكشف عن الدخان الا انه جهاز يمنع الكثير من حوادث الحريق ولاحظ اننا تعاملنا مع نوعين من الانواع المختلفة للكشف عن الدخان احدهما اعتمد على الضوء والخلية الكهروضوئية والثاني اعتمد على التغير في التيار الكهربي، وجدير بالذكر ان النوع الثاني يمكن التحكم بدرجة حساسيته من خلال التحكم في مقدار التغير في التيار الكهربي لدرجة تسمح لك بمنع احد من ان يقوم بالتدخين في غرفتك فلو قام شخص باشعال سيجارة في غرفتك فإن دخانها سوف يقوم بتفعيل جهاز الانذار ويطلق صوتا عالياً.




لمزيد من المعلومات حول اجهزة الكشف عن الدخان يرجى الاطلاع على المواقع العلمية التالية:
http://www.omia.com/safety_smokeDetectors.asp

http://focus.ti.com/docs/solution/fo...print/334.html

http://www.indepthinfo.com/gadgets/smoke-detector.shtml

http://www.sas.org/tcs/weeklyIssues/...re1/index.html