Concentration measurements of the cosmogenic isotope 7Be in atmosphere aerosol and in rain's water

Abstract

105 σ.Το ισότοπο 7Be είναι ένα από τα ισότοπα που παράγονται από τις αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων με τους πυρήνες της γήινης ατμόσφαιρας. Η μέτρηση του 7Be στην ατμόσφαιρα είναι σημαντική γιατί το συγκεκριμένο ισότοπο είναι ένας σημαντικός ιχνηλάτης για τη μελέτη της κίνησης των αερίων μαζών και τον προσδιορισμό μοντέλων παγκόσμιας ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας. Υπολογίζοντας τη συγκέντρωση του ισοτόπου, μπορούν να προκύψουν συμπεράσματα για την κατακόρυφη και οριζόντια κίνηση των αερίων μαζών, βοηθώντας τον κλάδο της μετεωρολογίας Στο πλαίσιο της παρούσας Διπλωματικής εργασίας ελέγχθηκε η εξάρτηση της συγκέντρωσης του ισοτόπου 7Be από τον ηλιακό κύκλο, μέσω του έλεγχου της συσχέτισης της συγκέντρωσης του ισοτόπου στον αέρα με το πλήθος των ηλιακών κηλίδων, συσχέτιση η οποία επαληθεύεται για το σύνολο των μετρήσεων που έχουν πραγματοποιηθεί στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας Ε.Μ.Π.. Ελέγχθηκε επίσης η συσχέτιση της συγκέντρωσης του ισοτόπου με τη συγκέντρωση του όζοντος, που είναι μια ένωση που παράγεται φυσικά σε παραπλήσια υψομετρικά πλαίσια με το 7Be, με σκοπό να διερευνηθεί το κατά πόσο οι υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος στην ευρύτερη περιοχή είναι προϊόν της κατακόρυφης μεταφοράς αερίων μαζών, του φωτοχημικού φαινομένου ή συνδυασμού αμφότερων των μηχανισμών, από όπου προέκυψε ότι η παραγωγή από τον ανθρωπογενή παράγοντα δεσπόζει στο κέντρο της πόλης, ενώ παίζει σημαντικό ρόλο και στις γύρω περιοχές. Στη συνέχεια περιγράφεται η διαδικασία βελτίωσης του πρωτοκόλλου επεξεργασίας δειγμάτων υγρών κατακρημνίσεων με σκοπό τη μέτρηση της συγκέντρωσης του ισοτόπου στο νερό της βροχής και του χιονιού με όσο το δυνατόν καλύτερη ακρίβεια. Τέλος, μελετήθηκε η κύμανση της συγκέντρωσής του κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αρχικά, υπό αίθριο καιρό, όπου δε φαίνεται να ακολουθεί κάποιο συγκεκριμένο μοτίβο, ενώ μελετήθηκε, επίσης, η επίδραση των κατακρημνίσεων στη συγκέντρωση του ισοτόπου στον αέρα, από όπου προέκυψε ότι η συγκέντρωση του παρουσιάζει μείωση κατά τη διάρκεια του γεγονότος κατακρήμνισης, ενώ ενδέχεται να παρουσιάζει μείωση και αρκετές ώρες πριν από αυτό.The isotope 7Be is one of the isotopes produced by the reactions of cosmic rays with the nuclei of the Earth's atmosphere. The measurement of 7Be in the atmosphere is important because it can be used as a tracer for the study of the movement of air masses and determine global circulation models. Calculating the isotope concentration can provide information on the vertical and horizontal movement of air masses, helping the branch of meteorology. In this thesis, an anti-correlation between the activity concentration of the isotope in the atmosphere and the international sunspot number was found, using data from measurements in air filters collected in the Nuclear Technology Laboratory of NTUA since 2008. The correlation between the isotope concentration and the ozone concentration, which is an atmospheric compound produced naturally in similar altitudes with 7Be, was also tested, in order to study whether high ozone concentrations in the region is the product of the vertical transport of air masses, photochemical phenomenon or a combination of both mechanisms and found that the human factor plays a dominant role in the city center, but it also plays an important role in the surrounding areas. Next, we describe the process of improving the protocol of processing hydrometeor samples, in order to be able to measure the concentration of the isotope in the water with the highest precision possible. Lastly, the diurnal variation of the 7Be concentration was studied, which in fine weather does not seem to follow any pattern. The study upon the effect of precipitation on the isotope concentration in the air showed that the concentration is decreasing during the event, but there also may be a decrease several hours before it.Κωνσταντίνος Ε. Μπασιά