Response and yield functions of neutron monitor, galactic cosmic-ray spectrum and its solar modulation, derived from all the available world-wide surveys

Summary The differential response functionR(p, x, t) of cosmic-ray neutron monitors and its altitude and time dependence are obtained by a new method of analysis which uses all the available data obtained by oversea, overland and airborn surveys at different periods together with those of the space exploration. The simultaneous use of these data enables us to decomposeR(p, x, t) further into three terms; the unmodulated energy spectrumG(U) of galactic cosmic rays, the modulation functionM(p, t) of cosmic rays in solar system and the yield functionY(U, x) of neutrons in the atmosphere (x g/cm²). It is demonstrated that 1) the power exponent ofG(U) shows fairly a good agreement with those so far obtained, 2)Y(U, x) shows also fairly a good agreement with the theoretical expectation in the energy region ≥10 GeV and 3)M(p, t) gives the cosmic-ray mean free path showing a consistent rigidity spectrum with those obtained by the solar proton events. Using these terms, we can obtainR at any time and at any atmospheric depth. A brief historical review of the study of the response function is also made in the introduction.

---

Riassunto La funzione di risposta differenzialeR(p,x,t) dei monitor a neutroni dei raggi cosmici e la sua dipendenza dall'altitudine e dal tempo sono ottenuti con un nuovo metodo di analisi che utilizza tutti i dati disponibili ottenuti con rilevamenti aerei, in mare e a terra effettuati in periodi diversi insieme ai dati delle esplorazioni spaziali. L'uso simultaneo di questi dati permette di scomporreR(p,x,t) ulteriormente in tre termini: lo spettro di energia non modulatoG(U) dei raggi cosmici galattici, la funzione di modulazioneM(p,t) dei raggi cosmici nel sistema solare e la funzione di produzioneY(U,x) di neutroni nell'atmosfera (x g/cm²). Si dimostra che 1) l'esponente della potenza diG(U) presenta un buon accordo con quelli ottenuti fino ad ora, 2)Y(U,x) presenta anche un buon accordo con i valori teorici attesi nella regione d'energia ≥10 GeV e 3)M(p,t) dà il percorso libero medio dei raggi cosmici che mostra un consistente spettro di rigidità ottenuto dagli eventi dei protoni solari. Usando questi termini, si può ottenereR in ogni momento e a tutte le profondità atmosferiche. Nell'introduzione c'è una breve rassegna storica dello studio della funzione di risposta.

---

Резюме С помощью новочо метода анализа, который использует все имеющие данные мировых исследований в различные периоды вместе с данными космических исследований, получаются дифференциальная функция откликаR(p, x, t) для мониторов космических нейтронов и ее зависимость от высоты и времени. Одновременное испльзование этих данных позволяет нам представитьR(p, x, t) в виде трех членов: немодулированный энергетический спектрG(U) галактических космических лучей, функция модуляцииM(p, t) космических лучей в солнечной системе и функция выходаY(U, x) нейтронов в атмосфере (х·г/см²). Показывается, что 1) показатель экспонентыG(U) довольно хорошо согласуется с полученной величиной, 2)Y(U, x) также довольно хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями в области энергий≽10 Гэв и 3)M(p, t) дает величину средней длины свободного пробега космических лучей, которая соответствует величине, полученной для солнечных протонов. Используя эти три члена, мы можем получитьR в любое время и на любой гдубине в атмосфере. Во введении предлагается краткий исторический обзор исследований функции отклика.