MULTI−DIRECTIONAL　COSMIC　RAY　MESON　INTENSITY　　　　　　　　　　　　　　　　1983−1986

(1)

TECHNICAL REPORTS OF THE METEOROLOGICAL RESEARCH INSTITUTE NO．21

MULTI−DIRECTIONAL COSMIC RAY MESON INTENSITY

1983−1986

BY

UPPER ATMOSPHERE PHYSICS RESEARCH DIVISION，・MRI

気象研究所技術報告第21号

宇宙線中間子強度 19＄3−1986

高層物理研究部

気象研究所

METEOROLOGICAL RES奪ARCH INSTITUTE，JAPAN

MARCH1987

(2)

M：eteorologicaLResearch Ins重itute・

Established in1946 Director『：Dr．Yoshiro Sekiguchi

Forecast Research Division Head：

Tyわhoon Research Division Head：

Physical Meteorology Research Division Applied Meteorology Research Division Meteorological Satellite Research Di∀ision Seismology and Volcanology Research Division Oceanographical Researc葦Division

Upper Atomosphere Physics Research Division Geochemical Research Division

Head：

・Head：

Head：

Dr．Masahiko Aihara Mr．Keizo Masamura Mr．Hachiro Uemura Mr．Tunehiro Majima Mr．Syoichi Koinuma Dr．Masaji Ichikawa Dr．Hayato Iida

Dr．Hisafumi Murar6atsu Dr．Yutaka Kawarada

1−1Nagamine，Yatabe−Machi，Tsukuba−Gun，Ibaraki一：Ken，305Japan

Technical Reports of the M：eteorological Research lnstitute

E面o冠π一〇h緒：Syoichi Koinuma

E肋o∬：Yasuo Sato Haruo Ohnishi T・m・akiY・s年ikawa τsut・muTakashima Masahiro Endoh Yukio Makino

〃碗αgガ㎎E4露o∬：Keiko Nishida，Yusai Yuhara

Takayo Matsuo Hirordi Takayama

Katsumi Hirose

7診6hn加1品ψ備げ孟h6編伽猶oJog初1翫郷h偬翻6

has been issued at irregular intervals by the Meteorological Research Institute since1978as a meaium for the publi￠ation of survey articles，technical reports，data、reports and review

．articles・nmete・r・1・9脇・cean・graphy，seis血・1・gyandre1註tedge・science亀c・ntriりutedbythe members of the MRI．

(3)

Multi−Directional Cosmic Ray Meson Telescope

(4)

序

・太陽活動が気候変動に影響をおよぼす可能性については、多くの研究がなされてきている。しかしながら、いまだに未解決の問題が多い分野である。一般に、太陽活動として、太陽黒点の11年周期が良く知られているが、太陽活動の変化には、太陽黒点の変動特性とはかならずしも一致しないものが多くあることが、近年の研究でわかってきており、それらを明確にすることが、今後の研究のうえで重要どなるであろうと考えられる。ところで、地上で観測される宇宙線強度の変動は、宇宙線が伝播してくる惑星問空間のプラズマや磁場の変動を強く反映しており、太陽活動の変動と密接に関連している。従って、地上で宇宙線を観測することにより、太陽活動の変動をモニターする

ことが可能となる。

気象研究所では、古くから宇宙線に関する研究を続けてきた。気象研究所の筑波への移転時に多方向宇宙線計が設置され、試験観測をへて、1983年よりほぼ連続して観測ができるようになった。

本報告では、1983年から、1986年までの4年間の宇宙線中間子強度をまとめたものである。この報告が、気候変動に関する班究のための基礎資料として、またさらに、太陽地球系物理学のための基礎資料として、広く活用されることを期待する。

昭和62年1月

気象研究所高層物理研究部長

村松久史『

(5)

序

概要（和文）

（英文）

1．Observati。n畠ite

2．・Multi−Directional Cosmic Ray Meson Telescope 3。M6asuring System

4． Data

Acknowledgements

References …・……・…………一一・r…・……・…・…

List of Figりres List of Tables

33371010 −⊥−﹁⊥6

(6)

概 ^要菅

本報告は、1983年から1986年までの4年間にわたり筑波（36．10N、140．1。E）にある多方向宇宙線計によって得られたミュー中間子強度の観測をまとめたものである。多方向宇宙線計は、一層8 個の検出器が上下4層におかれており、2っの検出器を同時に通過したものを選ぶことにより、．垂直、220南、226北、340西、19。西、190東、340東の方向にっいての、中間子強度を得ている。

検出器は、500mm×500mm×100mmのプラスチックシンチレーター4枚を1組（合計1㎡）、光電子増倍管、および前置増幅器からなっている。軟成分を除くため、第3層と第4層の問に10qmm厚の鉛を入れている。

図には、垂直（3種類）および他の6方向について、宇宙線ミュー中間子強度の変動を、1983年から1986年まで各月ごとに示した。表には〜3っの方向について、一時間値と一日平均値を、各月ごとに示した。値はすべて気圧の効果を補正した（1000mbに対応）ものを、自然対数表示した相対

値である。・

＊須田友重：〒190立川市栄町1−29−5

白木正規・小寺邦彦・長井嗣信：高層物理研究部

(7)

Abstract＊

This report presents observational results of cosmic ray meson．intensity obtained with the multi−directional cosmic ray telescope at Tsukuba（36．1。N，140．10E）during1983

−1986・The multi−directional cosmic ray telescope contains32detectors，which are set in 41ayers（8detectors in eacぬlayer）．Having twofold coincidence from a pεしir of detectors and having further coincidences and mixings，seven components，i．e．，vertica1，220south，

220north，340west，190west，190east，and340east，of cosmic ray meson intensity are obtained．Each detector consists of4plastic scintillators（500mm×500mm×100mm），making up a1㎡effective area，a5−inch photo−multiplier，and a pre−amplifier．To absorb the soft compgnent of cosmic rays，there are100mm thick lead（Pb）blocks between the lower two layers．Figures present hourly values of cosmic ray meson intensity for vertical（3kinds）

an〔i other6components for each month（1uring1983−1986．Tables present hourly values of cosmic ray meson intensity for vertica1，190west，and190east components for each month of the same period．All values are pressure corrected in natura口ogarithmic representation（％）．

＊ T．Suda：1−29−5Sakaechyo，Tachikawa−shi190，Tokyo．

M．Shiraki，K．Kodera，andT．Nagai：UpperAtmospherePhysicsResearchDivision

(8)

Tech．Rep．Meteoro1．Res．Inst．No．211987 1． Observation Site

The multi−direction cosmic ray telescope is located inside the Upper Air Measuring

InstrumentsBuilding・f−theMete・r・1・gica1ResearchInstitute，Ts kuba．Thisbuiding has a flat−roof and is made with iron frames and100mm thick ALC（Autoclaved Light Weight Concrete，〜0。55g／c㎡）．The building has an air conditioning system．・Geographic and geomagnetic parameters of the observation site are given in Table L

↑able1L。cati。n。fObservati。nSite Geographic

Geomagnetic

Latitude Altitude Latitude

36003ヲN Longitude 22m above sea level

26．30 ． Longitu（ie

140。08ンE

207．60

2． Muiti−Directional Cosmic ray Meson Telescope

The multi−directional cosmic ray telescope contains32 detectors．Fig．1 shows arrangement of these d♀tectors。There are41ayers，each containing8detectors。T｝le four layers are named A，B，C，and D from top to bottom．In each layer，4detectors are

ahgned．in the geogra．phic east−west direction and．2detectors are aligned．in the geographic north−south（iirection．The（1etectors in the southern row are name（i1，2，3，

and4from west to east，and those in the northern row are named5，6，7，，and8from west to east．The detectors are，therefore，named A1，＿．，Bl，＿．，C1，．．．．，and D1，＿。．Lead

（Pb）blocks（100mm thickness）and4。5mm iron plates are set in the middle of tke lower two layers C and D in order to absorb the soft component of cosmic rays。：Each detector has 4plastic scintillators（500mmx500mm×100mm〉，making up a l㎡effective area，set in the bottom of an iron plate box（1．2mm thickness）．These four plastic scintillators are viewed by a5−inch photo−multiplier（HAMAMATSU R877）．

3． Measuring System

A block diagram of the measuring system for the multi−directional cosmic ray telescope is presented in Fig．2．Signals from each photo−multiplier are amplified and are made into O，5microsecond rectangular pulses by a pulse shaper after passing through a discriminator．Seven components（vertica1，22。south，220north，19。west，190east，340west，

and340east）are conβtructed with signals from the32detectors。Twofold coincidence between the A layer and the B layer，i．e．，T1（A1，B1），＿。，T8（A8，B8），and twofold

一3一

(9)

Tech．Rep．MeteoroL Res．Inst．No．211987

（mm》

曹

A

りトoo︑︸

1

4，610

2 3 4

1

卜r21500→1

1 5

▲愚

B 5

O寸．O

C

8

1

−D

層

（mm》

．LA遮West

2 3 4

恥ti ・

8

O

臥＝ず盲脚

︵ B一﹁

りOoo﹁8寸＝＝＝＝＝＝＝コ＝＝＝＝＝＝＝＝11一

．oっ

，

＼

1

＼1，

＼

¹

5 North

αD

l M ^{￥l l}

【＝＝＝＝＝＝コ＝＝＝＝＝＝＝＝1〜【＝＝＝＝＝＝＝2 8

〒＝

置

0 0 2

＼2

︒o

P肛astic Scinti皿ator

⊥｝L．

l M 100mm

こ＝＝＝＝＝＝＝コ ζ＝＝＝＝＝＝：コ

」4。。」＼

『Fi9．1 Arrangement of detectors in th6multi．directional cosmic ray meson telescope at Tsukuba．West−East view・and South−Nouth view．

一4一

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Tech．Rep。Meteoro1．Res．Inst．No．211987

lNPUT

PULSE AMPUFIER

・A1−A8．

SMA①SMB②

B1−B8

AlB1 ^{（A1，B1）}

．

T1 〔私1丁

A2 _{（A2，B2》}

B2 ^『2

A3 _{（A3，B3》} 。『3

B3 1脚丁

A4 （A4，B4》

B4 ^丁4

A5 『5

（A5，B5》

B5 _1手き1丁

A6B6 （A6，B6》 T6

A7 T7

｛A7，B7》

B7 _〔茎乙lT

A8 （A8，B8》

B8 ^丁8り

C1 H1』

（C1，D1》

D1 _唱差1

C2 _{（C2，D2）}

H2 H3

C3D2 _{⊂C3，D3》}

D3 囎H

C4 _{《C4，D4》}

D4 ^H4

C5 _{（C5，D5》} H5

D5 _唱唇〕H

C6 _{（C6，D6》}

D6 ^H6

C7 _{（C7，D7》} H7

D7 〔髄H

C8 _{（C8，D8》}

D8 ^μ負

C1−C8 SMC③

SMD④

D1−D8

〔私1丁・2⑤零

12⑨

〔91：賜〕

〔鴇偶〕

〔1手言：隅1

〔1聡禍1

〔1瑚311

〔鵬1脇〕

〔9き1鵠〕

〔聾隅1

〔繍1

〔舞1二脚

〔㈱〕

〔盤旨舅〕

〔1淵茸ll

〔9唇紹）

〔1；茸禍1

〔鴇謝

VVVVSS．NN ⑲⑭⑮⑯︑⑰⑭⑩⑳

w1−1◎

w−2㊧

E1−1㊧

E1−2＠

2−1⑳ W2−2⑳

E2−1⑰ E2−2㊧

：Fig．2

匝亟＠

O cHANNEL NuMBER

く，》 AND（CONCDENCE》

〔〕QR（M剛G》

Block diagram of the measuring system for the multi．directiona．l cosmic ray mesontelescope．

一5一

(11)

Tech。Rep．Meteoro1．Res．Inst．No．211987

concidence between the C layer and the D layer，i．e．，H1（C1，Dl），．＿，H8（C8，D8），are made in the first stage．The total vertical component（soft component＋hard component）

has4channels T12，T34，T56，T78，made by mixing of T1，＿。，T8and the hard vertical component has four channels H12，H34，H56，H78，ma．de by mixing of H1，＿，H8。The vertical component has4channels V1，V2，V3，V4，made by twofold coincidence between the upper21ayers and the lower21ayers．The other components have2channels for

each．For example，220south component has2channels SI and S2．SI is made with

・twofold coincidence between TI and H50r twofold coincidence between T2and H6（（T1，

H5）or（T2，H6））．The sum for eacわ1ayer is made for monitoring the system and the outputs are called SMA，SMB，SMC，and SMD。The atmospheric pressure is measured by a barometer inside the building and the data are recorded in channel32．The pressure data are occasionally checked by using the data from tha Aerological Observεしtory，separate（l by apProximεしtely200m。Scaling Process is use（l in recor（1ing the data for convenience．Table2summarizes the chamels for each component with scaling factor and cut−off rigidity．Cut−off rigidity for each componeht is calculated using the procedure by Shea et al．（1965）．Asymptotic directions for5components are calculated using the proce（iure by Inoue et a1．（1981），an（i the resultsεlre presented in Fig．3．

Table2Channels，Scaling Facむor，Cut−Off Rigidity for Eac虹Component

Channel Component Scaling Factor

Cut−off Rigidity GV 1−4

5−8 9−12 13−16

17−18 19−20 21−22 23−24 25−26 27−28

32

SMA SMB SMC SMD 20乙 1⊥1⊥ーコ⊥

111111122THVSNWEWE

44 ∩∠∩乙∩乙∩乙

332221122THVSNWEWE

^T56

H56 V3

T78 H78 V4

vertical（total）

vertica1（hard）

vertical south north west east west east

22．oo

22．0。

18．70

18．7。

34．1。

atmospheric pressure

1000 100 100 100 10 10 10 10 10 10

11．33 11．33 11。33 11．05 11。20 11．01 14．09 9．10

16．77

一6一

(12)

Tecぬ．Rep．M6teoroL Res．Inst．No．211987

Asymptotic Direction For Each Component

①で5劇場〇一

0 80

60

：…

240し

750 20

00

20

40

ε360

ω

80 100

，5。罎≧プ1

（GV》

＿κ》一一仙750 g5

篇187・155V、55

璽￥ 756ト驚・v Sl22155●＼．

Tsukubα』361ヤON 140．10E』

o− Verticαl IVl △一一・EGst（El

試蕪鰍醤

楡嵐

3試303。55 yl219ダ〆ノ 40

＼／

30誉無⑯30∠勿オ侶．

潜一器蓬辱・雑沸

｛20

Fig．

140 160 180 ｛60 140 120 100 80 60 40 Eαst Wesf

lLon勉itude・

3 Asymptotic direction traces for five direction comかonents．

Rigidities are indicated by numbers．

20 0

4．Data

Hourly counting rates from each channel and hourly average pressure value are recorded．Pressure−corrected counting rates are obtained by the following：

Cク＝C／exp（β（P−Pβ））

ク

タ

CCβPP

β＜0

pressure−correctedcountingrate raWCOUntingrate

pressurec・effici3nt pressure

basic pressure（1000mb）

For simplicity，1000mb is adopted for Pβ．

data of1984and summarized in Table3．

Pressure coefficient are obtained from the

一7一

(13)

Tech．Rep．Meteoro1．Res．Inst．No．211987

Table3 Pressure Coefficients

vertica1（all）

vertica1（har（1）

verticaユ

22。south an（i north 19。west and east

340west and east

一〇．176％／mb

−0．150

−0．154

−0．157

−0．162

The component data are represented usingむhe natural logarithmic representation by Wada（1957）as follows。

CF＝102×Ln（Cρ／C。）＋15．OO％

だか

CCC

relativeintenSity

pressure−correctedcountingrate base counting rate

The relative intensity is presented in percentages and15，00％is artificilly added to make all values positive．There were several troubles in the system and level changes caused by adjustment of the instruments in the observation period。Some channels are excluded to obむain the component data．Table4summarizes the channels used and Table5summarizes base counting rates．

一8一

(14)

Tech．Rep．MeteoroL Res．Inst．No．211987 Table4Camels Used For Component

verticaユ south

220

south

22。 east west

19。 19。．

east

34。

west

340 83 1 1

T12T34H12H34Vl

T56T78H56H78V3 V2 SI S2 Nl

V4 N2：Ell E12WllW12E21E22 W22

83 525

T12T34Hl2 T78H56

V2 SI S2

V4 N2E11 ^W11 E21E22W21W22

831231

T12T34H12 T78H56

V2 Sl

V4 N2E11 ^W11 ^E21 W21W22

841221

T12T34H12

T78

V2 Sl

V4 N2E11 ^W11 ^E21 W21W22 841230

Tl2T34H12H34

T56T78H56 13VV _V2 S1 _N2E11 W11 E21 W21W22

85 721

T12T34 H34 T56 H56 ^V3．

V2 S1 E11 E21 W22

861231

T12T34 H34

T56 H56 V3 ^V2 S1

E11 E21 W22

86 1 7

T12T34H12H34Vl

T56T78H56H78V3 V2 SI S2 Nl

V4 N2Ell E12WllW12E21E22W21W22

Table5Base Count Rates

vertica1 south

220 nouth east west

220 1go 19。

east

34。

west340 1983 1 1

5335 4377 263 1454 1179 2758 2206 571 502

1983 525

5563 4848 311 1567 1556 2953 2853 587 525 1983 12 31

．−

5678 4848 311 1567 1556 2g53 2982 587 537 1984 10 21

5678 4719 311 1567 1556 2953 2875 587 537 1984 12 30

5683 ・4907 311 1644 1556 2904 2934 587 _『545

1985 721

5706 4995 314 1672 2942 598 527

1085 1231

5844 4995 329 1703 2987 602 535

1086 1 7

5735 4824 329 1598 1556 2894 2856 591 562

一9一

(15)

Tech．Rep・Meteoro1．Res．Inst．No．211987

Acknowledgments

Usefuldiscussi・nwithDr・H・Uen・・Nag・yaUniversity，isgratefullyackn。wledged．

Thecalculati・n・fc・smicrayasympt・ticdirecti・nwascarried・utbyMs．A．ln。ue，the Institute・fPhysicalandChemica1Research・Ms・KH・shipr・videdaidinpreparing

this manuscript．

References

In・ue・A・・M・Wada・andl・K・nd・，1981：B幽επφ6んe1πs蜘eげ融ceα認

湾s6r・ηα画cαZSc eπcε，鋤ecεαZlssαe，N・．1，79．

Shea，M。A。，D．F．Smart，and R G．McCfacken，1965：A Study of vertical cut off 「igiditiesusingsixthdegreesimulati・ns・fthege・magneticfield，♂G即妙s．Res．，

70，4117。

Wada，M．，1957：♂．Sc ．Rεs．1πsε．，51，201．

一10一

(16)

List of Figures

』H・ufly、values（3−h・u−ni皐gaverages）・⑭smicraymes・nintensities，

欝urelO哩ed fO監n necO甲10nentSarep10ttddfOreach卑Onむhoftheper Od1913一

一11一

(17)

MULTI−DIRECTI〔〕NAL H〔〕URLY

じロ

TSUKUBA（1000図B） 36．1 N， 140．1 E

MESON INTENSITY

l D I V＝2Z

一G

o

VERTIじAL

18．42

VERTICAL

18．25

VERTICAL

19．41

22■SOUTH

19．47

．22。N〔うRTH

19−88 19 囚EST 20．54

19EAST

18。07 349囚EST 19．36 34瞬EAST 18．84

自①魯．國Φ℃●密g88一●即Φ幹H霧け●Zo﹄＝︒︒︒刈

DAY 1 2 3 4

JANUART ¹⁹⁸³^{5 6 7 8} 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 31

図，R I

(18)

目㊦号．国Φ℃●ζ①げ88一●即①︒︒●同房ZO﹄一一〇〇︒織

T￥

Vニ2Z

丁上丁⊥

INTENS

図ESON

1D

HOURL￥

ロ

140．1E D工RECTI〔〕NAL

図ULT王

N

−。

TSUKUBA（1000卜4B） 36．

VERTICAしへ

18．86

へ

A

爪

嚇

八

、

へ蛾﹃

VERTICAL

18．81

VERTICAし

19．56

22。SOUTH

19．70 22−N〔〕RTH 20．2ユ

19 囚EST

20．81

195EAST

18，26

340NEST

19。80 34 EAST

18．97

8T⊥2 7R

2MH26 24 2ξ

23 22 20 21

19 18 16 17

15 13 14

11 12

9 10 6 7 8

DAY12345 1983

FEBRUARγ

ー区i

(19)

旨

MULTI−DIRECT工〔〕NAL H〔〕URLT

ロロ

TSUKUBA（1000図B） 36．1 N， 140．1 E

図ESON INTENS工TY

lDIV＝2Z

VERTICAL

18．44

VERTICAL

18．62

VERTICAL

19．11

229SeUTH

19．01

228NORTH

19．93 19働囚EST 19．69

19EAST

18。49 34。囚EST 18．87

340EAST

18．30

DAY 1 2 3

図ARCH

838

7Q︾

61

5

4 9101112131415161718192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 図RI

臼①魯︒即8︒ζΦぴΦ08一︒園①ω●H霧一・20﹄一一〇〇︒刈

(20)

凹∪LT工一D工RECTIONAL

TSUKUBA（1000MB） 36，lo N，

HOURL￥

コ

140．1E

図ESON 工NTENSITY

lDIV＝2Z

1一〇

VERTICAL 16．78 VERTICAし 17．07 VERTICAL 17．14

コ22SOUTH

17．12

22NORTH

18．16 19囚EST

17．76

19EAST

16．62

34NEST

17。12

ロ34EA＄T 16．62

↓09●即⑩PζΦけ①08一●切①o︒●H扇ドZo﹄一一〇〇︒﹃

5

31﹂ 4

1

2Rハ

ーD−

YA

A

D 83 9 1011 2 314 5

8

7Q︾

61 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

図RI

(21)

日Φ︒げ．即①やζ988一︒即Φの．一塁け●Zo﹄一一〇〇︒刈

工NTENS工丁γ

1DIV＝2Z

凹ESON

MULT工一DI、RECT工〔〕NAL HqURL￥

TSUKuBA（1000図B） 36．10N，140．1。E

VERTICAL

み

15．26

︽︷

酒轡

轟圃

〆

VERTICAL

15．66

VERTICAL

15．37

じ22SOUTH

15．47 22。N〔コRTH 16，40 195囚EST

15．88 19−EAST

15．17

コ34囚EST

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(22)

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TSUKUBA（1000MB） 36．1。N，

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140．1E

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19EAST

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(24)

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TSUKUBA（1000MB） 36．1。N， 140．1。E

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図RI

(25)

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TSUKUBA（1000卜4B） 36．1 N，

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(26)

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(27)

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(28)

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TSUKUBA（1000MB） 36．10N， 140。1。E

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(29)

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(30)

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(31)

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(32)

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(33)

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TSUKUBA（1000図B） 36．1 N， 140．1 E

MESON 工NTENS工TY

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(34)

MULTI−DIRECTI〔〕NAL

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コ

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(35)

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(36)

MULTI−D工RECT工〔〕NAL H〔〕URLT TSUKUBA（1000卜1B） 36．10N， 140．10E

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(37)

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図RI

(38)

卜4ULTI−DIRECTI〔〕NAL H〔3URL￥

TSUKUBA（1000卜4B） 36．15N， 140．1口』E

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図RI

(39)

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TSUKUBA（1000卜1B） 36．1 N，

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ロ

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(40)

MULTI−DIRECTI〔〕NAL H〔〕URL￥

TSUKUBA（1000図B） 36．1ロN， 140．1。E

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MRI

(41)

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図RI

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MULTI−DIRECTIONAL　COSMIC　RAY　MESON　INTENSITY　　　　　　　　　　　　　　　　1983−1986

酒轡