Kryogener Luftprobensammler
Zur Messung stratosphärischer Spurengase betreibt das Institut drei ballongetragene kryogene Luftprobensammler. Diese Messungen dienen der Untersuchung stratosphärischer Spurengasbudgets und deren zeitlicher Änderung, sowie zur Untersuchung des stratosphärischen Transports. Messungen mit diesen Sammlern werden seit 1982 durchgeführt, so dass eine lange, intern konsistente Datenreihe zur Verfügung steht. Die proben werden am Institut für Atmosphäre und Umwelt, aber auch bei Kooperationspartners, wie dem Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg, der University of East Anglia in Norwich (England) und dem Institute for Marine and Atmospheric Research Utrecht (IMAU) der Univerität Utrecht gemessen.
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| Ballonstart |
Die Luftsammlung erfolgt nach dem Prinzip des whole air sampling, indem die Sammler mit flüssigen Neon auf ca. 27K gekühlt werden, um die einströmende Aussenluft an der Innenseite der Prbenbhälter auszufrieren. Nach dem Auftauen der Proben baut sich in den Behältern ein Überdruck von bis zu 70 bar auf. Die Luftprobensammler werden in Kooperation mit der französischen Weltraumagentur CNES (Centre National d’Études Spatiales) auf Stratosphärenballons geflogen die Höhen bis zu 40 km erreichen können.
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| Luftprobensammler BONBON |
Zwei der Sammler wurden am Forschungszentrum Jülich zwischen 1980 und 1985 entwickelt. Diese beiden Sammler (BONBON) haben jeweils 15 Probebehälter mit Volumina von 580, bzw. 350 ml. Im Jahr 2006 wurde an der Universität Frankfurt ein neuer, leichterer Sammler mit 26 Probenbehältern entwickelt, die jeweils ein Volumen von 140 ml haben. Dieser neue Sammler wurde CLAIRE (Cryogenic Lightweight AIRsamlping Experiment) benannt. Beide Sammlertypen verfügen über innen elektropolierte Edelstahlbehälter, um eine möglichst passive innere Oberfläche und damit eine gute Probenstabilität zu erreichen. Die Einlässe bestehen aus einem mit einer Glaskappe verschlossenen dünnwandigen Goldrohr. Die Öffnung der Probebehälter erfolgt per Auslösung eines Federstifts durch elektrisches Schmelzen seines Spanndrahtes, der die Glaskappe abschlägt. Das Schließen der Probebehälter erfolgt über die Quetschung des Goldrohres (Kaltschweißen) mittels einer elektrisch gezündeten Sprengkapsel. Hierdurch kann zum einen ein hoher Durchfluss erreicht werden, der auch bei niedrigen Aussendrücken noch eine schnelle Sammlung (Zeitauflösung von wenigen Minuten) ermöglicht, zum anderen kann auf jegliche Art von Kunststoffdichtungen verzichtet werden, was eine Probenkontamination verhindert.
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| Funktionsschema des Luftprobensammlers |
Die BONBON Sammler sind für eine Sammlung im Abstieg konstruiert, die Einlässe zeigen nach unten, so wird eine saubere Anströmung der Einlässe erreicht. Der kryogene Luftprobensammler CLAIRE ist extra leicht gebaut und daher für die Luftprobenahme im Aufstieg konstruiert, dies ermöglicht eine Gewichtsreduktion durch andere Dewarmaterialien (Glasfaserverstärkter Kunststoff) und weniger flüssigem Neon. Die Einlässe zeigen nach oben, so dass Proben im Aufstieg gesammelt werden müssen. CLAIRE wiegt inklusive Gondel nur 100 kg und kann daher auch auf kleineren Ballons fliegen.
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| CLAIRE |
