Analytical model for estimating the zenith angle dependence of terrestrial cosmic ray fluxes

大気圏内宇宙線フラックス天頂角分布を推定する解析モデル

佐藤 達彦   

Sato, Tatsuhiko

大気圏内任意地点における角度微分宇宙線フラックスを瞬時に計算可能な解析モデルPARMA4.0を開発した。PARMA4.0は、これまでに開発したPARMA3.0に新しく提案した天頂角分布計算モデルを組み合わせたものであり、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて実施した空気シャワーシミュレーション結果に基づいている。天頂角が大きい領域の地上レベルのミューオンの角度分布は、実験データに基づき導入した関数により決定する。PARMA4.0の精度については、実測データに基づいて様々な地上の条件で検証した。この拡張により、宇宙線検出器設計、ミューオンラジオグラフィー、宇宙線中性子を用いた地質分析など、PARMAモデルの応用範囲の拡張が期待できる。なお、PARMA4.0は宇宙線スペクトル計算システムEXPACSで利用が可能である。

A new model called PARMA4.0 was developed to facilitate instantaneous estimation of not only omnidirectional but also angular differential fluxes of cosmic rays anywhere in Earth's atmosphere at nearly any given time. It consists of its previous version, PARMA3.0, for calculating the omnidirectional fluxes and several mathematical functions proposed in this study for expressing their zenith-angle dependences. The numerical values of the parameters used in these functions were fitted to reproduce the results of the extensive air shower simulation performed by Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). The accuracy of PARMA4.0 was closely verified using multiple sets of experimental data obtained under various global conditions. This extension enlarges the model's applicability to more areas of research, including design of cosmic-ray detectors, muon radiography, soil moisture monitoring, and cosmic-ray shielding calculation.