Ein Multikanal-Expansions-Kondensationskernzähler

  • Wagner, Paul (Projektleiter*in)

Projekt: Forschungsförderung

Projektdetails

Abstract

Trotz intensiver weltweiter Forschung führt der Einfluss von Aerosolen und Wolken noch immer zur größten Unsicherheit unserer Kenntnis der Klimaveränderung. Partikelentstehungsprozesse in der Atmosphäre werden häufig durch frisch entstandene molekulare Cluster mit Durchmessern von 1 bis 2 nm hervorgerufen. Ein Fokus des vorliegenden Projektes wurde daher auf die Entwicklung eines Messsystems gelegt, das die Beobachtung und Zählung molekularer Cluster und Aerosol Partikel im Nanometerbereich erlaubt.

In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben am CERN, Genf, untersuchten wir homogene Nukleation in präzise definierten Mischungen von Wasserdampf, Schwefelsäure und anderen Komponenten in der CLOUD-Kammer. Stabile Schwefelsäurekonzentrationen wurden mittels eines innovativen Faseroptik-UV-Systems erzielt. Die Ergebnisse zeigen, dass die atmosphärische Aerosolnukleation erklärt werden kann, wenn neben Schwefelsäure und Ammoniak zusätzlich auch spezielle organische Dampfkomponenten betrachtet werden.

Atmosphärische Partikelbildung kann durch heterogene Nukleation an frisch entstandenen molekularen Clustern erklärt werden. Dementsprechend haben wir einige grundlegende Aspekte der heterogenen Nukleation betrachtet. Das beinhaltet experimentelle Untersuchung von Kontaktwinkeln. Außerdem haben wir theoretische Studien zum Einfluss der elektrischen Ladung der Kondensationskerne auf den heterogenen Nukleationsprozess durchgeführt.

Kürzlich haben wir eigenartige Temperatureffekte bei heterogener Nukleation entdeckt. Im vorliegenden Projekt untersuchten wir den Temperatureffekt für Wasserdampf. Die experimentellen Resultate zeigen unerwartetes Verhalten, das möglicherweise auf starke molekulare Wechselwirkungen an der Teilchenoberfläche zurückzuführen ist. Außerdem waren die erforderlichen Übersättigungen zur Aktivierung der Kondensationskernpartikel weit unterhalb der bisherigen theoretischen Erwartung gemäß der allgemein akzeptierten Kelvingleichung. Als Ergebnis dieser Beobachtung wird der grundsätzliche Messbereich von Kondensationspartikelzählern bis herunter zu Teilchendurchmessern von 1nm erweitert.

Ein zentraler Aspekt dieses Projektes war Entwicklung und Konstruktion eines neuartigen Kondensationspartikelzählers, des versatile Size Analyzing Nuclei Counter (vSANC). Die Dampfübersättigung im vSANC wird durch adiabatische Expansion erzielt. Softwaresysteme für Prozesssteuerung und Datenauswertung wurden entwickelt und getestet. Der vSANC wurde eingehend charakterisiert. Eine wichtige Eigenschaft des vSANC ist seine Portabilität. Der vSANC wurde für mehrere Monate in der Hintergrund-Messstation in Hyytiälä, Finnland, installiert und zur Beobachtung atmosphärischer Nanoclusterkonzentrationen eingesetzt.
StatusAbgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/05/0930/04/14