אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על כתבות מויקיפדיה:

• Smoke detector
• Isotope
• Ionization chamber
• Alpha decay

גלאי עשן הוא מכשיר המגלה עשן, בד"כ על מנת להתריע מפני שריפות. ישנם גלאי עשן תעשייתיים וישנם גלאי עשן ביתיים, שלרוב מפעילים אזעקה כאשר הם מגלים עשן.  

מרבית גלאי העשן עובדים על עקרון אופטי או על עיקרון של יינון. בכתבה זו נתמקד בסוג השני של הגלאים - אלו הפועלים בעזרת יינון. גלאים מסוג זה הם זולים יחסית, אולם חסרונם הוא נטייתם הגדולה יותר לייצר אזעקות שווא, ומתן תגובה מאוחרת או אי מתן תגובה כלל במקרה של אש חנוקה.

גלאי עשן כזה מכיל  µCi1 (1 מיקרו-קירי)  של האיזוטופ הרדיואקטיבי אמריקיום 241. נזכיר ש-1 קירי הוא יחידה של קרינה רדיואקטיבית המציינת  3.7×10¹⁰ דעיכות (התפרקויות של גרעין האטום) בשנייה. איזוטופים של יסוד מסוים הם גרעינים של אותו יסוד הנבדלים זה מזה במספר הנויטרונים שהם מכילים, כלומר-מספר הפרוטונים שלהם זהה, אך המסה האטומית שלהם אינה זהה בגלל מספר הנויטרונים השונה (מסה אטומית היא מסת הגרעין המורכבת מסכום מסות הפרוטונים והניטרונים, שלהם מסה כמעט זהה). אם האיזוטופ הוא רדיואקטיבי אזי הוא אינו יציב, והוא נוטה לפלוט חלקיקים עד שיגיע למצב יציב, שממנו אין פליטה נוספת (ייתכן שישנה פליטה אבל במשך זמן ארוך מאד). אם כן, האיזוטופ אמריקיום 241 מורכב מגרעין המכיל 95 פרוטונים ו-146 ניטרונים (ולכן סה"כ מסתו האטומית 241).  µCi1 של איזוטופ זה שווה למסה של 0.3 µg.

הקרינה הנפלטת מהאיזוטופ אמריקיום 241 היא קרינה מייננת, כלומר קרינה אנרגטית מספיק על מנת להוציא אלקטרונים מהאטום ובכך להפוך את האטום ליון חיובי (אטום בעל עודף מטען חיובי). למעשה, עיקר הקרינה שהוא פולט נקראת קרינת אלפא. זוהי קרינה שבה גרעין האטום פולט שני פרוטונים ושני נויטרונים.  הקרינה עוברת דרך תא יינון-זהו תא קטן שבו שתי אלקטרודות שביניהן אוויר. הקרינה העוברת מייננת את האוויר (לרוב את החמצן או את החנקן  שבו), ובכך גורמת למולקולות של האוויר לאבד אלקטרון אחד או יותר, ולהפוך לטעונות חיובית (יונים חיוביים).  בין האלקטרודות שבתא שורר הפרש פוטנציאלים של מספר וולטים. המולקולות החיוביות ימשכו כעת לאלקטרודה בעלת הפרש הפוטנציאלים הנמוך, ואילו האלקטרונים ששוחררו ימשכו לאלקטרודה בעלת הפרש הפוטנציאלים הגבוה. כך נוצר זרם קטן וקבוע בין שתי האלקטרודות. קרינה אלפא היא קרינה מייננת טובה, כך שיהיו מספיק חלקיקים כדי לגרום לזרם האמור. כמו כן, קרינה זו אינה חודרת לעומק, ולכן תיבלע על ידי הפלסטיק ממנו עשוי הגלאי, ו/או על ידי האוויר.

מה קורה בעת שנכנס עשן לתא? במקרה זה, חלקיקי העשן יתנגשו ביונים, וחלק מהיונים יהפכו חזרה לניטרליים על ידי בליעת אלקטרונים מחלקיקי העשן. באופן זה פוחתת רמת היינון בתא, והזרם הנוצר בו קטן. כאשר הזרם קטן מתחת לערך הקבוע שלו מופעלת אזעקת העשן.