The solar images are taken by the CCD detectors of the Sun monitoring satellites. The solar images are constructed after removing the traces of cosmic rays on the raw CCD data files. Thus, while applying the method of removing the cosmic rays traces, we can estimate the cosmic rays flux by counting the number of traces. The cosmic ray flux in the steady state might be the sum of the solar and galactic cosmic rays. However, the abrupt change in the flux could be assumed to be originated from the Sun. Therefore, we can identify the solar origins of the sudden solar cosmic ray flux changes from the phenomena shown in the processed solar images taken by SOHO/EIT. As the results, the estimated cosmic ray flux in the steady state is the anti-correlated with sunspot numbers, which shows the minima in cosmic ray flux at the solar cycle maxima defined by the sunspot numbers. The profiles of estimated solar cosmic ray associated with the ground level enhancements have the significant increase in the cosmic ray flux with good correlation. Thus, the solar images are valuable data useful in estimating the solar cosmic ray long term and transient flux variations.
Recently, two instruments of cosmic ray are operating in South Korea. One is Seoul muon detector after October 1999 and the other is Daejeon neutron monitor (Kang et al. 2012) after October 2011. The former consists of four small plastic scintillators and the latter is the standard 18 NM 64 type. In this report, we introduce the characteristics of both instruments. We also analyze the flux variations of cosmic ray such as diurnal variation and Forbush decrease. As the result, the muon flux shows the typical seasonal and diurnal variations. The neutron flux also shows the diurnal variation. The phase which shows the maximum flux in the diurnal variation is around 13-14 local time. We found a Forbush decrease on 7 March 2012 by both instruments. It is also identified by Nagoya multi-direction muon telescope and Oulu neutron monitor. The observation of cosmic ray at Jangbogo station as well as in Korean peninsula can support the important information on space weather in local area. It can also enhance the status of Korea in the international community of cosmic ray experiments.
A Forbush decrease(FD) is a depression of cosmic ray intensity observed by ground-based neutron monitors(NMs). The cosmic ray intensity is thought to be modulated by the heliospheric magnetic structures including the interplanetary coronal mass ejection(ICME) surrounding the Earth. The different magnitude of the decreasing in intensity at each NM was explained only by the geomagnetic cutoff rigidity of NM station. However, sometimes NMs of the almost same rigidity in northern and southern hemispheres observe the asymmetric intensity depression magnitudes of FD events. Thus, in this study we intend to see the effects on cosmic ray intensity depression rate of FD event recorded at different NMs due to different ICME propagation direction as an additional parameter in the model explaining the cosmic ray modulation. Fortunately, since 2006 the coronagraphs of twin spacecraft of the STEREO mission allow us to infer the propagation direction of ICME associated with the FD event in 3-dimension with respect to the Earth. We confirm that the asymmetric cosmic ray decreasing modulations of FD events are determined by the propagation directions of the associated ICMEs.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.6
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pp.476-483
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2009
Cosmic ray is composed of nuclear particles moving at a light speed. The cosmic ray affects the performance and the reliability of semiconductor devices by ionizing the semiconductor material. In this study, the radiation effects of protons, electrons, and photons, which compose the cosmic ray, on the GOS(Geostationary Orbit Satellite) were evaluated using the Monte-Carlo N-Particle code. The GOS was chosen due to the comparatively long exposure to the cosmic ray as it stays in the geostationary orbit more than 10 years. As the absorbed dose of semiconductor from electrons is much larger than those of protons, photons, and the secondary radiation, most of the radiation exposure of the semiconductors in the GOS results from that of electrons. When we compare the calculated absorbed dose with the radio-resistance of semiconductor, the Intel 486 of the Intel company is not suitable for the GOS applications due to its low radio-resistance. However RH3000-20 of MIPS and Motorola 602/603e can be applied to the Satellite when the aluminium shield is thicker than 3 mm.
Kim, Hyunglok;Sunwoo, Wooyeon;Kim, Seongkyun;Choi, Minha
Journal of Korea Water Resources Association
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v.49
no.2
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pp.133-144
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2016
In this study, Frequency Domain Reflectometry (FDR) and COSMIC-ray soil moisture (SM) stations were installed at Sungkyunkwan University in Suwon, South Korea. To provide reliable information about SM, soil property test, time series analysis of measured soil moisture, and comparison of measured SM with satellite-based SM product are conducted. In 2014, six FDR stations were set up for obtaining SM. Each of the stations had four FDR sensors with soil depth from 5 cm to 40 cm at 5~10 cm different intervals. The result showed that study region had heterogeneous soil layer properties such as sand and loamy sand. The measured SM data showed strong coupling with precipitation. Furthermore, they had a high correlation coefficient and a low root mean square deviation (RMSD) as compared to the satellite-based SM products. After verifying the accuracy of the data in 2014, four FDR stations and one COSMIC-ray station were additionally installed to establish the Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray, called SM-FC. COSMIC-ray-based SM had a high correlation coefficient of 0.95 compared with mean SM of FDR stations. From these results, the SM-FC will give a valuable insight for researchers into investigate satellite- and model-based SM validation study in South Korea.
The major purpose of this study is to construct an in-situ soil moisture verification network employing Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensors for Cosmic-ray soil moisture observation system operation as well as long-term field-scale soil moisture monitoring. The test bed of Cosmic-ray and FDR verification network system was established at the Sulma Catchment, in connection with the existing instrumentations for integrated data provision of various hydrologic variables. This test bed includes one Cosmic-ray Neutron Probe (CRNP) and ten FDR stations with four different measurement depths (10 cm, 20 cm, 30 cm, and 40 cm) at each station, and has been operating since July 2018. Furthermore, to assess the reliability of the in-situ verification network, the volumetric water content data measured by FDR sensors were compared to those calculated through the core sampling method. The evaluation results of FDR sensors- measured soil moisture against sampling method during the study period indicated a reasonable agreement, with average values of $bias=-0.03m^3/m^3$ and RMSE $0.03m^3/m^3$, revealing that this FDR network is adequate to provide long-term reliable field-scale soil moisture monitoring at Sulmacheon basin. In addition, soil moisture time series observed at all FDR stations during the study period generally respond well to the rainfall events; and at some locations, the characteristics of rainfall water intercepted by canopy were also identified. The Temporal Stability Analysis (TSA) was performed for all FDR stations located within the CRNP footprint at each measurement depth to determine the representative locations for field-average soil moisture at different soil profiles of the verification network. The TSA results showed that superior performances were obtained at FDR 5 for 10 cm depth, FDR 8 for 20 cm depth, FDR2 for 30 cm depth, and FDR1 for 40 cm depth, respectively; demonstrating that those aforementioned stations can be regarded as temporal stable locations to represent field mean soil moisture measurements at their corresponding measurement depths. Although the limit on study duration has been presented, the analysis results of this study can provide useful knowledge on soil moisture variability and stability at the test bed, as well as supporting the utilization of the Cosmic-ray observation system for long-term field-scale soil moisture monitoring.
Cosmological hydrodynamic simulations of large scale structure in the universe have shown that accretion shocks and merger shocks form due to flow motions associated with the gravitational collapse of nonlinear structures. Estimated speed and curvature radius of these shocks could be as large as a few 1000 km/s and several Mpc, respectively. According to the diffusive shock acceleration theory, populations of cosmic-ray particles can be injected and accelerated to very high energy by astrophysical shocks in tenuous plasmas. In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmic shocks, we have performed nonlinear numerical simulations of cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. We adopted the Bohm diffusion model for CRs, based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs. The shock formation simulation includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. For merger shocks with small Mach numbers, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ with an associated CR particle fraction of $10^{-3}$. Nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant in the latter shocks. Although detailed results depend on models for the particle diffusion and injection, these calculations show that cosmic shocks in large scale structure could provide acceleration sites of extragalactic cosmic rays of the highest energy.
In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmological shocks, we have performed numerical simulations of one-dimensional, plane-parallel, cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. Based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs, the Bohm diffusion model for CRs is adopted. The code includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks with Mach numbers greater than 10, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. Although the amount of kinetic energy passed through accretion shocks is small, since they propagate into the low density intergalactic medium, they might possibly provide acceleration sites for ultra-high energy cosmic rays of $E\ll10^{18}eV$. For internal/merger shocks with Mach numbers less than 3, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ and so nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant. Considering that intracluster medium (ICM) can be shocked repeatedly, however, the CRs generated by these weak shocks could be sufficient to explain the observed non-thermal signatures from clusters of galaxies.
Park, Eun Ho;Jung, Jongil;Oh, Suyeon;Evenson, Paul
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.35
no.4
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pp.219-225
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2018
Cosmic rays are ions that move at relativistic speeds. They generate secondary cosmic rays by successive collisions with atmospheric particles, and then, the secondary particles reach the ground. The secondary particles are mainly neutrons and muons, and the neutrons are observed by the ground neutron monitor. This study compared the diurnal variation in cosmic ray intensity obtained via harmonic analysis and that obtained through the pile-up method, which was examined in a previous study. In addition, we analyzed the maximum phase of the diurnal variation using four neutron monitors with a cutoff rigidity below approximately 6 GV, located at similar longitudes to the Oulu and Rome neutron monitors. Expanding the data of solar cycles 20-24, we examined the time of the maximum cosmic ray intensity, that is, the maximum phase regarding the solar cyclic modulation. During solar cycles 20-24, the maximum phase derived by harmonic analysis showed no significant difference with that derived by the pile-up method. Thus, the pile-up method, a relatively straightforward process to analyze diurnal variation, could replace the complex harmonic analysis. In addition, the maximum phase at six neutron monitors shows the 22-year cyclic variation very clearly. The maximum phase tends to appear earlier and increase the width of the variation in solar cycles as the cutoff rigidity increases.
The problem of the origin of cosmic rays is considered in an astronomical context and the current observational situation summarised. The evidence for acceleration in supernova remnants is critically examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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