Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Самсоненко А.В. Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки. -Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація подана на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 – Атомна енергетика - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню рівня фізичної ядерної безпеки шляхом застосування принципів, процедур та методик, які використовується у ймовірнісному аналізі безпеки (далі – ЙАБ) до фізичної ядерної безпеки (далі - ФЯБ) ядерної установки. У вступі наведено обґрунтування вибору теми дослідження, а саме посилення фізичної ядерної безпеки шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки. Визначено мету дослідження: адаптація методик і процедур розробки елементів традиційного імовірнісного аналізу безпеки АЕС до оцінки рівня фізичної ядерної безпеки радіоактивних матеріалів і пов’язаних з ними ядерних установок. Окреслено об’єкт дослідження: оцінка рівня фізичної ядерної безпеки радіоактивних матеріалів і пов’язаних з ними ядерних установок. А також предмет дослідження: методики і процедури ідентифікації і групування вихідних подій аварій традиційного ЙАБ АЕС до імовірнісного аналізу ФЯБ. Перший розділ містить аналіз літературних джерел, в яких напрями досліджень близькі до теми дисертації. Розглянуто міжнародні підходи до формування такого поняття як правопорушник, принципи поділу на внутрішнього правопорушника та зовнішнього правопорушника. Проаналізовані характеристики загроз з боку потенційних зовнішніх і внутрішніх правопорушників. Розглянуто приклади реалізації загроз в різних державах, які були реалізовані правопорушниками з використанням різних підходів та методівна ядерних установках та для ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, джерел іонізуючого випромінювання. Розглянуто підходи, які використовуються при проведенні ймовірнісного аналізу безпеки. Проведено порівняльний аналіз різних методик, які використовуються в імовірнісному аналізі безпеки та у фізичній ядерній безпеці.
Завдання дослідження:
1. Проаналізувати можливість застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки АЕС 1-го рівня для внутрішніх вихідних аварій до фізичної ядерної безпеки ядерної установки.
2. Виділення елементів ЙАБ АЕС, методи і процедура виконання яких потребує адаптації або розробку нових методів та процедур виконання ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерних установок.
3. Розробка методу і процедури елементу ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерної установки – «Ідентифікація і групування вихідних подій загроз»:
- формування розширеного переліку вихідних подій загроз;
- категоризація вихідних подій загроз;
- групування вихідних подій загроз.
4. Розробка нових термінів і визначень для елементу ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерної установки – «Ідентифікація і групування вихідних подій загроз».
5. Апробація методики і процедури «Ідентифікації і групування вихідних подій загроз» на прикладі одного з сценаріїв дій правопорушника вихідної події загрози.
6. Аналіз результатів дослідження для розробки рекомендацій з підвищення ефективності ФЯБ ядерних установок.
У другому розділі розглянуто підходи МАГАТЕ до оцінки загроз. Досліджено необхідність внесення додаткових пропозицій щодо аналізу інформації, яка використовується для оцінки загроз. Описано процес організації роботи з розроблення проєктної загрози з урахуванням кращих практик світової спільноти. Розглянуто процес розроблення, прийняття, затвердження та введення в дію об’єктової проєктної загрози. Встановлена схожість між методиками, які використовують ЙАБ та ФЯБ, розроблено порівнянні схеми та таблиці. Виконано дослідження необхідності введення додаткових коефіцієнтів і припущень для застосування методик традиційного ЙАБ для ймовірнісній оцінки ФЯБ. В результаті аналізу була встановлена можливість використання загального підходу методології ЙАБ для ФЯБ шляхом використання практики з визначення вихідних подій аварій, виділивши за аналогією нове поняття «вихідні події загроз». Запропоновано ввести нові терміни – «вихідна подія загрози» - це будь яка неправомірна дія, яка потребує виконання відповідних функцій системою
фізичного захисту об’єкта, на якому здійснюється поводження з радіоактивним матеріалом і становить небезпеку для ядерної установки, ядерним або іншим
радіоактивним матеріалам. За результатними огляду різноманітності загроз, які виникали в Україні та світі виконано класифікацію вихідних подій загрози для ймовірнісній оцінки ФЯБ. Запропоновано відповідно до традиційного ЙАБ ввести поняття «внутрішньої вихідної події» як «загрозу, пов’язану з людським фактором від осіб, які мають санкціонований допуск на об’єкт (внутрішній правопорушник)» та «зовнішньої вихідної події загрози» як «загрозу, пов’язану з людським фактором від осіб, які не мають санкціонованого допуску на об’єкт» з боку зовнішнього правопорушника. Проаналізовано всі відкриті джерела інформації щодо можливих подій у фізичній ядерній безпеці, в результаті було виділено 208 вихідних подій загрози. Визначено загальні процедурні кроки з ідентифікації ВПЗ:
- ідентифікація вихідних подій загрози (далі ВПЗ) – використавши різні джерела інформації для формування розширеного переліку ВПЗ.
- додаткове врахування видів правопорушень, протидіяти яким направлена СФЗ ядерної установки – диверсія, крадіжка радіоактивного матеріалу, приклади реалізації яких описані у розділі 1.
- складання остаточного переліку ВПЗ. Відкинути вихідні події загроз,
реалізація яких є малоймовірною.- категоризація ВПЗ.
Для категоризації ВПЗ запроповано наступні фактори:
- наміри потенційного правопорушника;
- характер радіоактивної речовини;
- потенційні наслідки.
Виділено наступні категорій ВПЗ:
Категорія 1: Диверсія або погроза вчинення диверсії на реакторній
установки АЕС;
Категорія 2: Диверсія або погроза вчинення диверсії з радіоактивними матеріалами;
Категорія 3: Переключення ядерних матеріалів;
Категорія 4: Переключення радіоактивних відходів або джерел іонізуючого випромінювання.
Категорія 5: Спеціальні випадки (наприклад, захоплення АЕС під час військових дій, кібернетичні загрози).
Проаналізовано методи оцінки вихідних подій загрози шляхом порівняння якісних та кількісних методів оцінки, встановлення їх переваг та недоліків.
Встановлено, що для оцінки частоти виникнення вихідних подій загрози найкраще застосувати поєднання якісного і кількісного методів шляхом об’єднання переваг двох способів дослідження, а також, в окремих випадках застосовувати методи оцінки частот вихідних подій аварій традиційного ЙАБ. На основі подібності функцій безпеки і критеріїв успіху та з урахуванням типів правопорушників було запропоновано при групуванні ВПЗ виділити ще 2 класи – внутрішні ВПЗ та зовнішні ВПЗ. Було розглянуто ВПЗ на окремих прикладах, з аналізом їх впливу на систему фізичного захисту. Досліджено вплив ВПЗ на функції системи фізичного захисту, які у випадку реалізації вихідної події загрози будуть вимагати від СФЗ
відповідного реагування для переривання та нейтралізації правопорушника. Додатково, з метою, виявлення найбільш уразливих подій, запропоновано
систематизація ВПЗ, що вимагають виконання функцій СФЗ в цілому за матрицею ризиків реалізації події. У третьому розділі для практичної апробації проведено аналіз зовнішньої вихідної події загрози «Група осіб (2 і більше) - мають наміри здійснити диверсію на ЯУ». Було розроблено сценарій дій правопорушників та проаналізовано його за допомогою комп’ютерного моделювання. Для цього було використано 3 програми комп’ютерного моделювання – програми, які вже багато років використовуються для оцінки систем фізичного захисту у фізичній ядерній безпеці «EASI» та «SAVI» та програма, яка використовується для аналізу надійності систем, оцінки ризиків аварій та розробки стратегій мінімізації наслідків «Програми системного аналізу для практичних інтегрованих оцінок надійності» SAPHIRE. Отримано наступні результати. Модель EASI, аналізує тільки один конкретний маршрут.
Через це обмеження модель EASI на відміну від інших моделей і програм, подібних до програми SAVI, не може дати відомості про всі можливі маршрути з
вказівкою найбільш уразливих. З іншого боку, модель SAVI не працює зі зміною характеристик технічних даних, тоді як модель EASI це дозволяє. Модель SAVI може використовуватися для визначення набору критичних маршрутів, а інструменти, подібні до моделі EASI могли б використовуватися для розгляду
характеристик критичного маршруту більш докладно. Так як ефективність СФЗ в SAVI вимірюється P(n) на найбільш критичному маршруті, то доцільно провести його аналіз і вдосконалення. Для більш докладного аналізу критичного маршруту, внесення змін у СФЗ з метою покращення значення її ефективності, доцільно використати програму EASI. SAPHIRE дає можливість побудувати дерева подій та дерева відмов для всіх можливих сценаріїв дій правопорушників, характеристики яких зазначені у ВПЗ, до їх цілей, тобто можна отримати в одному розрахунку аналіз декількох сценаріїв для однієї ВПЗ, врахувавши частоту вихідної події загрози. Змінюючи частоти ВПЗ можемо аналізувати наскільки маємо удосконалити СФЗ для протидії кожнії новії ВПЗ. Саме цього не може врахувати ні EASI , ні SAVI. Але недоліком SAPHIRE є складністьврахування часових проміжків дії правопорушників, груп реагування та СФЗ. За допомогою програм SAVI та SAPHIRE отримано рекомендації щодо підвищення ефективності СФЗ гіпотетичного об’єкту «Сіверська АЕС» для конкретного сценарію дій правопорушника. Таким чином здійснивши аналіз СФЗ об’єкту для різних ВПЗ можна отримати загальний перелік рекомендацій, впровадження яких дозволить суттєво підвищити рівень захищеності об’єкта. Наукова новизна. У дисертаційному досліджені описаний вперше синтез
наявної методології імовірнісного аналізу безпеки АЕС і оцінки фізичної ядерної безпеки, щодо оцінки загроз для радіоактивних матеріалів та пов’язаних з ними установками.
Наукова новизна полягає у наступному:
- вперше застосовані підходи ймовірнісного аналізу безпеки до фізичної ядерної безпеки;
- вперше використано поняття вихідна подія загрози, зовнішня вихідна подія загрози, внутрішня вихідна подія загрози;
- вперше застосовано підхід до ідентифікації вихідних подій загрози;
- вперше виконано процедуру групування вихідних подій загрози радіоактивним матеріалам та пов’язаними з ними установками;
- вперше проведено аналіз сценарію дій правопорушника з застосуванням програмного коду SAPHIRE.
Практична цінність. Запровадження розроблених методик і процедури ідентифікації і групування вихідних подій загрози у фізичній ядерній безпеці дозволить потенційно розробити повноцінну методологію ймовірнісного аналізу фізичної ядерної безпеки, що сприятиме посиленню стійкості та протидії ФЯБ як зовнішнім, так і внутрішнім правопорушникам.
Опис
Ключові слова
атомна енергетика, ядерний матеріал, ядерний реактор, радіоактивні матеріали, ризики, атомна електростанція, імовірнісний аналіз безпеки, система фізичного захисту, радіоактивні відходи, імовірності методи, надійність обладнання, математичні методи моделювання, ядерні установки, Nuclear energy, nuclear material, nuclear reactor, radioactive materials, risks, nuclear power plant, probabilistic safety analysis, physical protection system, radioactive waste, probabilistic methods, equipment reliability, mathematical modelling methods, nuclear facilities
Бібліографічний опис
Самсоненко, А. В. Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки : дис. … д-ра філософії : 143 Атомна енергетика / Самсоненко Альона Вікторівна. – Київ, 2025. – 194 с.