Идентификация параметров математической α-модели переноса радона в накопительной камере по данным пункта Карымшина на Камчатке
Authors: Д.А. Твёрдый , Е.О. Макаров , Р.И. Паровик 
Published: November 2024

Радон — инертный радиоактивный газ, исследования вариаций которого в сопоставлении с сейсмичностью считаются перспективными для целей разработки методик прогноза землетрясений. На полуострове Камчатка развернута сеть пунктов наблюдения, в которых с помощью накопительных камер с газоразрядными счетчиками ведется мониторинг объемной активности радона (RVA). Анализ данных RVA в рамках радонового мониторинга является одним из методов поиска предвестников сейсмических событий. Это связано с тем, что изменения напряженно-деформированного состояния геосреды, через которую протекает газ, влияют на RVA. Изменение интенсивности переноса радона вследствие изменения напряженно-деформированного состояния геосреды описывается с помощью оператора дробного дифференцирования постоянного вещественного порядка α, который связан с проницаемостью геосреды. Известно, что на RVA в накопительной емкости с датчиками влияет также кратность воздухообмена λ0, эффект которого необходимо учитывать в изучение процесса переноса радона. Целью исследования является изучение накопления радона в камере, которое заключается в идентификации значений параметров λ0 и α с помощью решения соответствующей обратной задачи. В результате исследований было показано, что для эредитарной α-модели переноса радона методом Левенберга-Маквардта с привлечением экспериментальных данных RVA можно определить оптимальные значения ее параметров λ0 и α. Полученные модельные кривые хорошо согласуются с данными RVA, полученными в рамках хорошо известной классической модели переноса радона в накопительной камере.

Radon is an inert radioactive gas, and studies of its variations in relation to seismicity are considered promising for the development of earthquake prognosis methods. A network of observation points has been deployed on the Kamchatka peninsula, where radon volumetric activity (RVA) is monitored using accumulation chambers with gas-discharge counters. Analysis of RVA data within the framework of radon monitoring is one of the methods of searching for precursors of seismic events. This is due to the fact that changes in the stress-strain state of the geo-environment, through which the gas flows, affect the RVA. The change in radon transport intensity due to changes in the stress-strain state of the geosphere is described by a fractional differentiation operator of constant real order α, which is related to the permeability of the geosphere. It is known that the RVA in the storage tank with sensors is also affected by the air exchange rate λ0, the effect of which should be taken into account in the study of the radon transport process. The aim of the research is to study the accumulation of radon in the chamber, which consists in the identification of the values of the parameters λ0 and α by solving the corresponding inverse problem. As a result of the research it was shown that for the hereditary α-model of radon transport by the Levenberg-Mackwardt method with the involvement of experimental data of RVA it is possible to determine the optimal values of its parameters λ0 and α. The obtained model curves agree well with the RVA data obtained within the framework of the well-known classical model of radon transport in an accumulation chamber.