title: Verification of the accuracy of the growth rate measurement methodology at the CERN CLOUD Experiment
Creators: name: Sommer, Christian
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Atmosphärische Aerosole haben einen bedeutenden Einfluss auf das globale Klimasystem. Neben direkten Auswirkungen auf die einfallende Sonnenstrahlung wie Streuung oder Absorption, können erhöhte Aerosolkonzentrationen zu einer höheren Albedo und Lebensdauer von Wolken führen, was einen erheblichen indirekten Strahlungsantrieb zur Folge hat. Jedoch werden Entstehung sowie Wechselwirkung von Aerosolen in der Atomosphäre nach wie vor nicht ausreichend verstanden und bilden weiterhin die größte Unsicherheit im Bereich des anthropogen verursachten Strahlungsantriebes. CLOUD (Cosmic Leaving Outdoor Droplets) ist ein Projekt am CERN, das die Entstehung und das Wachstum neuer atmosphärischer Partikel aus reaktiven Gasen untersucht. Im Frühjahr 2023 fand die Forschungskampagne CLOUD16T statt, bei dem neben Basismessungen ein neuartiges FLOw TUbe System (FLOTUS) getestet und charakterisiert wurde. Da Wandverluste in der CLOUD-Kammer die Lebensdauer von Aerosolen begrenzen, ist FLOTUS als chemischer Reaktor konzipiert, um gealterte Spurengase in der Atmosphäre zu simulieren. Diese gealterten Gase wurden dann in die CLOUD-Kammer eingebracht, wo ihr Keimbildungspotenzial sowie ihre chemische Zusammensetzung untersucht wurden. In dieser Arbeit wurden die aufgenommenen Basismessungen von Wachstumsraten mit Ergebnissen früherer CLOUD-Kampagnen sowie mit NAIS (Neutral Cluster and Air Ion Spectrometer)-Daten verglichen, um die Genauigkeit der Messmethodik von CLOUD zu überprüfen. Dafür wurde ein DMA (Differential Mobility Analyzer)-train verwendet, der speziell für Partikelgrößenverteilungsmessungen mit hoher Zeitauflösung unter 10 nm entwickelt wurde. Die Auswertung zeigt, dass die gemessenen Wachstumsraten von DMA-train und NAIS im oberen Größenbereich den Erwartungen entsprechend übereinstimmen. Vergleiche mit früheren Messkampagnen weisen allerdings auf einige Unterschiede im Partikelwachstum hin, die unter anderem durch die Installation von FLOTUS erklärt werden könnten.
description: Atmospheric aerosols have a significant impact on the global climate system. Besides direct impacts of scattering and absorption on incoming solar radiation, increased aerosol number concentrations can lead to higher albedo and lifetime of clouds, inducing significant indirect radiative forcing. However, formation mechanisms as well as their interactions in the atmosphere are still poorly understood. Aerosols remain the main source of uncertainty for anthropogenic climate forcing. The CLOUD (Cosmic Leaving Outdoor Droplets) experiment at CERN investigates the formation and growth of new atmospheric particles from reactive gases. In spring 2023 the technical run CLOUD16T was taking place, where in addition to baseline measurements a novel FLOw TUbe System (FLOTUS) was tested and characterised. Since wall losses in the CLOUD chamber limit the lifetime of aerosols, FLOTUS is designed as a chemical reactor to simulate aged trace gases in the atmosphere. These aged precursor vapours were then injected into the CLOUD chamber, where their nucleation potential, as well as their chemical composition was analysed. In this thesis the obtained baseline measurements of growth rate were compared with results from previous CLOUD campaigns as well as with data from NAIS (Neutral Cluster and Air Ion Spectrometer) in order to verify the accuracy of the measurement methodology at the CLOUD project. For that purpose a DMA(Differential Mobility Analyzer)-train, especially developed for high-time resolution particle-size-distribution measurements below 10 nm was utilized. The evaluation shows that the growth rates of DMA-train and NAIS are in line with expectations in the upper size range. However, comparisons with prior measurement campaigns indicate some differences in particle growth which might be caused by the installation of FLOTUS.