Neutron monitors and muon detectors for solar modulation studies: Interstellar flux, yield function, and assessment of critical parameters in count rate calculations

被引：38

作者：

Maurin, D. ^{[1
]}

Cheminet, A. ^{[2
,3
]}

Derome, L. ^{[1
]}

Ghelfi, A. ^{[1
]}

Hubert, G. ^{[2
]}

机构：

[1] Univ Grenoble Alpes, LPSC, CNRS IN2P3, F-38026 Grenoble, France

[2] ONERA French Aerosp Lab, F-31055 Toulouse 4, France

[3] IRSN Inst Radiol Protect & Nucl Safety, F-13115 St Paul Les Durance, France

来源：

ADVANCES IN SPACE RESEARCH | 2015年 / 55卷 / 01期

关键词：

Cosmic rays; Solar modulation; Yield function; Geomagnetic cutoff; Neutron monitor; Muon detector; COSMIC-RAY SPECTRUM; BONNER SPHERE SPECTROMETER; MAGNETIC-FIELD MODELS; GROUND-LEVEL MUONS; ISOTOPIC COMPOSITION; COUPLING FUNCTIONS; CUTOFF RIGIDITIES; ENERGY-SPECTRA; NUCLEONIC COMPONENT; MOUNTAIN ALTITUDES;

D O I：

10.1016/j.asr.2014.06.021

中图分类号：

V [航空、航天];

学科分类号：

08 ; 0825 ;

摘要：

Particles count rates at given Earth location and altitude result from the convolution of (i) the interstellar (IS) cosmic-ray fluxes outside the solar cavity, (ii) the time-dependent modulation of IS into Top-of-Atmosphere (TOA) fluxes, (iii) the rigidity cut-off (or geomagnetic transmission function) and grammage at the counter location, (iv) the atmosphere response to incoming TOA cosmic rays (shower development), and (v) the counter response to the various particles/energies in the shower. Count rates from neutron monitors or muon counters are therefore a proxy to solar activity. In this paper, we review all ingredients, discuss how their uncertainties impact count rate calculations, and how they translate into variation/uncertainties on the level of solar modulation phi (in the simple Force-Field approximation). The main uncertainty for neutron monitors is related to the yield function. However, many other effects have a significant impact, at the 5-10% level on phi values. We find no clear ranking of the dominant effects, as some depend on the station position and/or the weather and/or the season. An abacus to translate any variation of count rates (for neutron and mu detectors) to a variation of the solar modulation phi is provided. (C) 2014 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

引用

页码：363 / 389

页数：27

共 176 条

[1] The Pierre Auger Observatory scaler mode for the study of solar activity modulation of galactic cosmic rays [J].

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

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Andringa, S. ;

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Anzalone, A. ;

Aramo, C. ;

Arganda, E. ;

Arisaka, K. ;

Arqueros, F. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Baecker, T. ;

Badagnani, D. ;

Balzer, M. ;

Barber, K. B. ;

Barbosa, A. F. ;

Bardenet, R. ;

Barroso, S. L. C. ;

Baughman, B. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, B. R. ;

Becker, K. H. ;

Belletoile, A. ;

Bellido, J. A. ;

BenZvi, S. ;

Berat, C. ;

Bergmann, T. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Blanco, F. ;

Blanco, M. ;

Bleve, C. ;

Bluemer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. .

JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2011, 6

[2] Measurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeV [J].

Achard, P ;

Adriani, O ;

Aguilar-Benitez, M ;

van den Akker, M ;

Alcaraz, J ;

Alemanni, G ;

Allaby, J ;

Aloisio, A ;

Alviggi, MG ;

Anderhub, H ;

Andreev, VP ;

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Biasini, M ;

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Bobbink, GJ ;

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Borgia, B ;

Bottai, S ;

Bourilkov, D ;

Bourquin, M .

PHYSICS LETTERS B, 2004, 598 (1-2) :15-32

[3] MEASUREMENT OF THE ISOTOPIC COMPOSITION OF HYDROGEN AND HELIUM NUCLEI IN COSMIC RAYS WITH THE PAMELA EXPERIMENT [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

Danilchenko, I. A. ;

De Pascale, M. P. ;

De Santis, C. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Formato, V. ;

Galper, A. M. ;

Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Koldobskiy, S. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. ;

Sarkar, R. ;

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Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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Formato, V. ;

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Karelin, A. V. ;

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Koldobskiy, S. ;

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Malakhov, V. ;

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Mayorov, A. G. ;

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Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

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Consiglio, L. ;

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[6] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

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Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

Consiglio, L. ;

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Galper, A. M. ;

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Grishantseva, L. ;

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Mayorov, A. G. ;

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[7] GEANT4-a simulation toolkit [J].

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Apostolakis, J ;

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Axen, D ;

Banerjee, S ;

Barrand, G ;

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Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

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Chytracek, R ;

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Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

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Heikkinen, A ;

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[8] ISOTOPIC COMPOSITION OF LIGHT NUCLEI IN COSMIC RAYS: RESULTS FROM AMS-01 [J].

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Anderhub, H. ;

Ao, L. ;

Arefiev, A. ;

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Badagnani, D. ;

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[2] Measurement of the atmospheric muon spectrum from 20 to 3000 GeV [J].

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Bartalini, P ;

Batalova, N ;

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Behner, F ;

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Berbeco, R ;

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Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

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Koldashov, S. V. ;

Koldobskiy, S. ;

Krutkov, S. Y. ;

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Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Marcelli, L. ;

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Monaco, A. ;

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Osteria, G. ;

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Pearce, M. ;

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[4] TIME DEPENDENCE OF THE PROTON FLUX MEASURED BY PAMELA DURING THE 2006 JULY-2009 DECEMBER SOLAR MINIMUM [J].

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Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

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Papini, P. ;

Pearce, M. ;

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Ricciarini, S. B. ;

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[5] PAMELA Measurements of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra [J].

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Pearce, M. ;

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[6] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

Adriani, O. ;

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Bazilevskaya, G. A. ;

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[7] GEANT4-a simulation toolkit [J].

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Apostolakis, J ;

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Grossheim, A ;

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Hashimoto, K ;

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Howard, A .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

[8] ISOTOPIC COMPOSITION OF LIGHT NUCLEI IN COSMIC RAYS: RESULTS FROM AMS-01 [J].

Aguilar, M. ;

Alcaraz, J. ;

Allaby, J. ;

Alpat, B. ;

Ambrosi, G. ;

Anderhub, H. ;

Ao, L. ;

Arefiev, A. ;

Arruda, L. ;

Azzarello, P. ;

Basile, M. ;

Barao, F. ;

Barreira, G. ;

Bartoloni, A. ;

Battiston, R. ;

Becker, R. ;

Becker, U. ;

Bellagamba, L. ;

Berdugo, J. ;

Berges, P. ;

Bertucci, B. ;

Biland, A. ;

Bindi, V. ;

Boella, G. ;

Boschini, M. ;

Bourquin, M. ;

Bruni, G. ;

Buenerd, M. ;

Burger, J. D. ;

Burger, W. J. ;

Cai, X. D. ;

Cannarsa, P. ;

Capell, M. ;

Casadei, D. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cernuda, I. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, H. F. ;

Chen, H. S. ;

Chen, Z. G. ;

Chernoplekov, N. A. ;

Chiueh, T. H. ;

Choi, Y. Y. ;

Cindolo, F. ;

Commichau, V. ;

Contin, A. ;

Cortina-Gil, E. ;

Crespo, D. ;

Cristinziani, M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2011, 736 (02)

[9] The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station:: Part I -: results from the test flight on the space shuttle [J].

Aguilar, M ;

Alcaraz, J ;

Allaby, J ;

Alpat, B ;

Ambrosi, G ;

Anderhub, H ;

Ao, L ;

Arefiev, A ;

Azzarello, P ;

Babucci, E ;

Baldini, L ;

Basile, M ;

Barancourt, D ;

Barao, F ;

Barbier, G ;

Barreira, G ;

Battiston, R ;

Becker, R ;

Becker, U ;

Bellagamba, L ;

Béné, P ;

Berdugo, J ;

Berges, P ;

Bertucci, B ;

Biland, A ;

Bizzaglia, S ;

Blasko, S ;

Boella, G ;

Boschini, M ;

Bourquin, M ;

Brocco, L ;

Bruni, G ;

Buénerd, M ;

Burger, JD ;

Burger, WJ ;

Cai, XD ;

Camps, C ;

Cannarsa, P ;

Capell, M ;

Casadei, D ;

Casaus, J ;

Castellini, G ;

Cecchi, C ;

Chang, YH ;

Chen, HF ;

Chen, HS ;

Chen, ZG ;

Chernoplekov, NA ;

Chiueh, TH ;

Cho, K .

PHYSICS REPORTS-REVIEW SECTION OF PHYSICS LETTERS, 2002, 366 (06) :331-405

[10] Sunspot numbers, interplanetary magnetic field, and cosmic ray intensity at earth: Nexus for the twentieth century [J].

Ahluwalia, H. S. .

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