DE1223277B - Ionisations-Feuermelder - Google Patents

Ionisations-Feuermelder

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DE1223277B
DE1223277B DEC31217A DEC0031217A DE1223277B DE 1223277 B DE1223277 B DE 1223277B DE C31217 A DEC31217 A DE C31217A DE C0031217 A DEC0031217 A DE C0031217A DE 1223277 B DE1223277 B DE 1223277B
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ionization
radiation
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gamma
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DEC31217A
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Inventor
Dr Ernst Meili
Thomas Lampart
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Cerberus AG
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Cerberus AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/64Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber
    • G01N27/66Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber and measuring current or voltage
    • GPHYSICS
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    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
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    • G08B17/11Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
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Description

  • Ionisations-Feuermelder Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionisationsfeuermelder mit mindestens einer mit der Umgebungsluft in unmittelbarer Verbindung stehenden Ionisationskammer und einer in ihr angeordneten radioaktiven Quelle sowie mit Maßnahmen zur Vergrößerung des Verhältnisses von Nah- und Fernstrahlung.
  • Bei den bekannten, aus zwei Ionisationskammern und einer Kaltkathodenröhre als Stromverstärkungselement bestehenden Feuermeldern ergab sich der Nachteil, daß die als Meßkammer ausgebildete offene Ionisationskammer durch die in der Umgebungsluft enthaltenen Staubteilchen im Laufe der Betriebszeit rasch und stark verschmutzt wurde. Die Schmutzbildung ergibt sich aus den in der zu überwachenden Luft enthaltenen Schmutzteilchen wie Staub, Ruß, Öldämpfe usw. Die sich auf dem radioaktiven Präparat - z. B. natürliches Radium mit dessen Folgeprodukten - ausbildende Schmutzschicht vermindert mit zunehmender Dicke die ionisierende Strahlung.
  • Dadurch werden weniger Ionenpaare gebildet, und die Folge davon ist ein Rückgang des lonisationsstromes. Weiterhin ist es auch möglich, daß eine mehr oder weniger gut isolierende Staubschicht auf den Elektroden der Kammer die elektrische Feldstärke heruntersetzt, worauf sich der Ionisationsstrom ebenfalls reduziert. In jedem Fall wirkt sich eine Verstaubung bzw. Verschmutzung der Ionisationskammer nachteilig auf die Stabilität des Ionisationsstromes und damit des Melders überhaupt aus.
  • Außerdem kann eine Schmutzablage auf dem die Meßkammer gegen die Atmosphäre abschließenden Gitter die Funktionsfähigkeit des Melders erheblich beeinträchtigen, weil die Gitteröffnungen dadurch mehr oder weniger verstopft werden, so daß das zu prüfende Gas nicht mehr ungehindert in die Kammer eintreten kann. Die Empfindlichkeit des Melders wird dadurch erheblich reduziert.
  • Eine periodische Reinigung des Melders in kurzen Zeitabständen ist deshalb erforderlich. Diese Arbeit ist sehr zeitraubend und kostspielig, da sich die Melder oft an schwer zugänglichen Orten oder in hohen Dachgiebeln befinden. Es wurde deshalb nach geeigneten Mitteln gesucht, um die Verstaubung einzusehränken oder überhaupt zu verhindern. Es sind daher Filter bekanntgeworden, durch welche die zu überwachende Luft angesaugt wird. Die im Vergleich zu den Brandaerosolen wesentlich größeren Staubteilchen werden im Filter zurückgehalten. Diese Methode ist jedoch mit großem Aufwand verbunden und lohnt sich nur für die Überwachung sehr teurer und stark verstaubter Objekte bzw. Räume. Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der die in der geschlossenen Referenzkammer untergebrachte radioaktive Quelle gleichzeitig die Meßkammer über dünne Folien ionisiert. Hierdurch ist aber das Problem der Schmutzbildung in der offenen Meßkammer nicht gelöst worden, da die Strahlungsintensität noch eine zu große Reichweite aufweist. Die Fernstrahlung fördert die Verstaubung der Ionisationskammern, wie theoretische Überlegungen und praktische Versuche zeigten.
  • Bei den bekannten Feuermeldern wird für die Ionisierung der Kammern praktisch ausschließlich die Alphastrahlung des Radiums ausgenützt, da die Heliumkerne infolge ihrer großen Masse und Energie eine weit höhere lonisierungsausbeute ergeben als die Beta- und Gammastrahlen.
  • Der Ionisationsbereich der Alphastrahlen ist infolge der geringen Reichweite dieser Strahlen im wesentlichen auf die Kammern beschränkt. Dagegen ionisieren die beim Kernzerfall ebenfalls emittierten Beta-und Gammastrahlen infolge ihrer viel größeren Reichweite und ihres größeren Durchdringungsvermögens einen ausgedehnteren Bereich außerhalb der Kammern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Beta- und Gammastrahlen des Radiums inlufteineionisierende Wirkung über mehr als 2 m haben.
  • Infolge dieser Ionisierung werden die in der Umgebungsluft schwebenden Staubteilchen elektrisch geladen, und ein Teil davon wird durch das stets zwischen dem auf einem definierten elektrischen Potential liegenden Melder und dem Raum vorhandenen elektrischen Feld zum Melder transportiert, wo sich die Staubteilchen auf dem Abschlußgitter, den Elektroden, wie auch auf dem radioaktiven Präparat der Kammer absetzen und die erwähnten nachteiligen Auswirkungen zeitigen.
  • Genau der gleiche Vorgang spielt sich beispielsweise in den für die Entstaubung von Luft gebauten Elektrofiltern ab, wo sich der Staub ebenfalls auf den Elektroden absetzt.
  • Die Eliminierung der Verstaubung durch die unerwünschte Strahlung außerhalb des Melders läßt sich auf mehrere Arten erreichen: Plazierung der Melder außerhalb des zu überwachenden Raumes, wobei die Melder über Rohrleitungen mit dem Raum verbunden sind Diese Methode ist sehr aufwendig und kommt deshalb nur für Spezialfälle in Frage wie z. B. auf Schiffen, wo dieselben Leitungen auch für Löschzwecke verwendet werden können.
  • Verhinderung der Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen Melder und Raum Diese Methode läßt sich ebenfalls aus praktischen und preislichen Gründen meist nicht verwirklichen, weil dies eine vollständige elektrische Abschirmung des geschützten Raumes bedingt.
  • Verhinderung der Ionisierung außerhalb der Ionisationskammer, indem die Menge der radioaktiven Quelle verkleinert wird Hierdurch wird nicht nur die für die Verschmutzung verantwortliche Fernstrahlung, sondern auch die für die Ansprechempfindlichkeit des Melders auf Brandaerosole verantwortliche Nahstrahlung verringert. Dies führt zu unbrauchbaren Meldern. Es sind daher schon Maßnahmen bekannt, die das Verhältnis von Nahstrahlung zu Fernstrahlung der radioaktiven Quelle verändern. Dies wird durch entsprechende Umhüllung des Ionisationsfeuermelders mit strahlenabschirmendem Material, z. B. Blei, erreicht. Hierdurch wird der Melder in seiner Herstellung verteuert sowie in seinem Gewicht und seinen räumlichen Abmessungen unzulässig vergrößert. Der Einsatz des Melders wird besonders in schwer zugänglichen Räumen erschwert, wenn nicht sogar verhindert.
  • Eine gewisse Verstaubung tritt auch im nichtionisierten Raum und ohne Anwesenheit eines elektrischen Feldes ein. Sie ist aber in den meisten Anwendungsfällen des Melders unerheblich. Ein wesentlicher technischer Fortschritt ist deshalb dann erreicht, wenn die unerwünschte zusätzliche Verstaubung durch die Außenionisierung auf ein Maß reduziert wird, das im Vergleich zur natürlichen Verstaubung unbedeutend ist. Es hat sich gezeigt, daß dieses Ziel erreicht wird, wenn die Ionisierung außerhalb der Kammer einen gewissen Maximalwert nicht überschreitet, ohne Verminderung der die Empfindlichkeit des Melders bestimmenden Nahstrahlung.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Nah- und Fernstrahlungsverhältnisses als radioaktive Quelle eine gammastrahlungsarme Substanz mit einem -solchen - unter Außerachtlassung von Strahlungsabschirmungsmitteln am Feuermelder vorbestimmten - Verhältnis von Nahzu Fernstrahlung verwendet ist, daß innerhalb der Ionisationskammer in 0,5 cm Abstand von der Sub- stanz mindestens 108mal Ionenpaare pro Kubikmillimeter in 1 Sekunde mehr erzeugt sind als außerhalb der Ionisationskammer in einem Abstand von 10 cm von der Substanz.
  • Es ist also ein Ionisationsfeuermelder konzipiert, bei dem ohne Verminderung der Nahstrahlung die Fernstrahlung weitgehend herabgesetzt wurde zur Erhaltung hoher Ionisationsströme in der Ionisationskammer und zur Vermeidung der Verschmutzung durch Staub, Ruß, Öldämpfe ohne Anordnung weiterer konstruktiver Mittel um den Melder herum. Hierdurch kann der Feuermelder in staubreichen Räumen und an schwer zugänglichen Stellen angebracht werden, ohne die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu besitzen, wie Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit und somit eine periodische Reinigung der Melder oder große räumliche Abmessungen und hohes Gewicht.
  • Die Reduktion der äußeren Ionisierung auf diesen Wert ist mit Radium als radioaktive Substanz nur unter Inkaufnahme erheblicher Nachteile erreichbar, weil der Anteil der die Fernstrahlung verursachenden Beta- und Gammastrahlung im Vergleich zur nutzbaren Alphastrahlung beträchtlich ist. So ist denn verständlich, daß alle bisher hergestellten Feuermelder eine äußere Ionisierung erzeugen, die ganz wesentlich über dem genannten Wert liegt, und zwar in der Größenordnung von über 10 Ionenpaaren pro Kubikmillimeter in 1 Sekunde.
  • Will man die Fernwirkung der radioaktiven Quelle der bekannten Melder auf diesen Wert reduzieren, so muß man entweder die Radiummenge erheblich verkleinern oder die Kammer mit strahlenabschirmendem Material umhüllen. Beide Maßnahmen lassen sich aus praktischen Gründen nur schwer durchführen. Die Reduktion der Radiummenge auf den erforderlichen Wert ergibt Ionisationsströme in den Kammern in der Größenordnung von 10-11 A statt der üblichen 10-9 A. Unter Berücksichtigung der auf den Melder wirkenden Umgebungseinflüsse und der zur Verfügung stehenden Isolationsmaterialien bieten Melder mit Ionisationskammern derart geringer Stärke keine ausreichende Betriebssicherheit. Zu berücksichtigen ist außerdem noch der bedeutend größere Aufwand zur- Verstärkung dieses geringen Ionisationsstromes für die Alarmsignalauslösung. Die Abschirmung der Strahlung ist ebenfalls praktisch nur schwer durchführbar. Die Beta- und Gammastrahlung müßte durch eine massive Umhüllung abgeschirmt werden, um die gewünschte Verminderung der Außenionisierung zu gewährleisten. Neben dem beträchtlichen Gewicht einer solchen Abdeckung wirkt sie sich auch bei günstiger, konstruktiver Ausbildung immer noch außerordentlich hemmend auf den Eintritt der Brandgase aus. Es ist deshalb erfindungsgemäß vorteilhafter, den gewünschten Effekt durch gammastrahlungsarme Substanzen zu erreichen, wie sie bei bisher nicht verwendeten radioaktiven Isotopen vorliegen. Sie müssen sich dadurch auszeichnen, daß sie eine starke Ionisierung im Nahbereich (Wirkradius bis 8 cm) und eine geringe Ionisierung im Fernbereich (über 8 cm) aufweisen. Im wesentlichen geht es darum, durch die Nahstrahlung Kammerströme in der Größenordnung der bekannten Melder zu erhalten, aber die äußere Ionisationswirkung um einen Faktor 10 gegenüber Radium zu reduzieren. Wenn wir davon ausgehen, daß Radium in 0,5 cm von der Substanz rund 107mal mehr Ionenpaare pro Kubikmillimeter in 1 Sekunde erzeugt als im Abstand von 10 cm, so kommen erfindungsgemäß Substanzen in Frage, bei denen dieses Verhältnis mindestens 108 beträgt. Je größer das Verhältnis zwischen der Ionisierung durch Nahstrahlung und Fernstrahlung ist, desto größer kann der Ionisationsstrom sein, ohne die als maximal zulässig erkannte Grenze der Außenionisierung zu überschreiten. Das bedeutet, daß damit betriebssichere Feuermelder erwähnter Art gebaut werden können.
  • Als radioaktive Isotope, welche diese Forderung erfüllen, seien beispielsweise erwähnt: Pu 238, Pu 239, Pu 240, Pu 242, Po 208, Po 209, Am 241.
  • Sie zeichnen sich alle dadurch aus, daß sie entweder keine Beta- bzw. Gammastrahlung emittieren oder daß diese Strahlung im Vergleich zur nutzbaren Alphastrahlung gering ist.
  • Es kommen aber auch Strahler in Frage, die vorwiegend Betastrahlen kurzer Reichweite aussenden, wie z. B. Tritium, C 14 u. ä.
  • Allfällig störende, durch die primäre Kernstrahlung in der Umhüllung erzeugte Bremsstrahlung und die bei den obengenannten Isotopen oft noch vorhandene energiearme Beta- bzw. Gammastrahlung kann außerdem noch durch eine geeignete Abschirmung in der Wirkung vermindert werden. Die Abschirmung dieser Beta- sowie elektromagnetischen Strahlung ist relativ leicht, weil es sich im Vergleich zu den Beta- und Gammastrahlungen des Radiums - wie erwähnt - um energieschwache Strahlen handelt.
  • Die Verwendung eines Alphastrahlers mit energiearmer Beta- oder Gammastrahlung oder eines reinen Betastrahlers kurzer Reichweite hat außerdem noch bei Feuermeldern, die eine Kaltkathodenröhre als Relaisröhre enthalten, den Vorteil, daß die Ionisierung im Röhreninnern wesentlich kleiner ist als bei Verwendung von Radium. Während die harten Beta-und Gammastrahlen des Radiums die Glaswand der Röhre durchdringen, werden jene der erwähnten Iso- topen weitgehend abgeschirmt. Die Ionisierung des Gasraumes der Röhre erzeugt einen Strom zwischen den Röhrenelektroden. Dieser vermindert die Steuerempfindlichkeit der Röhre.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Ionisationsfeuermelder mit mindestens einer mit der Umgebungsluft in unmittelbarer Verbindung stehenden Ionisationskammer und einer in ihr angeordneten radioaktiven Quelle sowie mit Maßnahmen zur Vergrößerung des Verhältnisses von Nah- und Fernstrahlung, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Nah- und Fernstrahlungsverhältnisses als radioaktive Quelle eine gammastrahlungsarme Substanz mit einem solchen - unter Außerachtlassung von Strahlungsabschirmungsmitteln am Feuermelder vorbestimmten - Verhältnis von Nah- zu Fernstrahlung verwendet ist, daß innerhalb der Ionisationskammer in 0,5 cm Abstand von der Substanz mindestens 108mal Ionenpaare pro Kubikmillimeter in 1 Sekunde mehr erzeugt sind als außerhalb derIonisationskammerin einem Abstand von 10 cm von der Substanz.
  2. 2. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gammastrahlungsarme Substanz ein Isotop der Gruppe der Transurane ist.
  3. 3. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gammastrahlungsarme Substanz Americium ist.
  4. 4. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gammastrahlungsarme Substanz Plutonium ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 056 008.
DEC31217A 1962-11-19 1963-10-22 Ionisations-Feuermelder Pending DE1223277B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1056008B (de) * 1956-04-06 1959-04-23 Phys Maurice E Nahmias Dr Vorrichtung zur Feststellung von Rauch etc.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1056008B (de) * 1956-04-06 1959-04-23 Phys Maurice E Nahmias Dr Vorrichtung zur Feststellung von Rauch etc.

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