Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПисьменний, Євген Миколайович
dc.contributor.authorСамсоненко, Альона Вікторовна
dc.date.accessioned2025-06-12T13:03:47Z
dc.date.available2025-06-12T13:03:47Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractСамсоненко 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.
dc.description.abstractotherSamsonenko A.V. Enhancing Physical Nuclear Security Measures at Nuclear Energy Facilities Through the Application of Probabilistic Safety Assessment Methodology. - A qualification research paper in manuscript form. The dissertation is submitted for the Doctor of Philosophy in Speciality 143 – Nuclear Energy degree at the National Technical University of Ukraine, "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute," Kyiv, 2025. This dissertation focuses on improving the level of physical nuclear security by applying the principles, procedures, and methodologies used in probabilistic safety assessment (PSA) to the physical nuclear security of nuclear installations. The introduction justifies the chosen research topic, strengthening physical nuclear security, by applying the PSA methodology. The research objective is defined as adapting methods and procedures for developing elements of traditional PSA for nuclear power plants to assess the physical nuclear security level of radioactive materials and associated nuclear installations. The object of the research is the assessment of the physical nuclear security level of radioactive materials and related nuclear installations. The subject of the research is the adaptation of methods and procedures for identifying and categorising initiating events in traditional PSA for nuclear power plants to the probabilistic assessment of physical nuclear security. The first chapter presents a literature review of research areas related to the dissertation topic. It examines international approaches to defining the concept of a perpetrator and the principles for distinguishing between an insider perpetrator and an external perpetrator. The threat characteristics posed by potential external and insider perpetrators are analysed. Examples of threat realisation in various countries are reviewed, highlighting cases where perpetrators employed different approaches and methods at nuclear installations and in relation to nuclear materials, radioactive waste, and ionising radiation sources. Additionally, the chapter examines approaches used in probabilistic safety assessment (PSA). A comparative analysis of different methodologies applied in probabilistic safety assessment (PSA) and physical nuclear security (PNS) is conducted. The second chapter examines the IAEA’s approaches to threat assessment. It explores the need for additional recommendations regarding the analysis of information used in threat assessment. The process of developing a design basis threat (DBT) is described, incorporating best practices from the global community. The stages of developing, adopting, approving, and implementing a site-specific DBT are reviewed. The similarities between the methodologies used in probabilistic safety assessment (PSA) and physical nuclear security (PNS) are identified, and comparative diagrams and tables are developed. The need for additional coefficients and assumptions to adapt traditional PSA methodologies for probabilistic assessment of PNS is studied. As a result of the analysis, the feasibility of applying the general PSA methodology to PNS was established by introducing a practice similar to identifying initiating events in PSA, defining a new concept: "threat-initiating events." The new terminology is proposed: "threat-initiating event" – any unauthorised action that necessitates the activation of relevant security functions by a physical protection system at a facility handling radioactive material and posing a risk to a nuclear installation, nuclear, or other radioactive materials. Based on a review of the diversity of threats observed in Ukraine and worldwide, a classification of threat-initiating events for probabilistic assessment of PNS has been developed. In line with traditional probabilistic safety assessment (PSA), it is proposed to introduce the concepts of: - "Internal threat-initiating event" – a threat associated with the human factor posed by individuals with authorised access to the facility (insider threat). - "External threat-initiating event" – a threat associated with the human factor posed by individuals without authorised access to the facility (external perpetrator). A comprehensive analysis of all available open sources related to potential physical nuclear security (PNS) incidents identified 208 threat-initiating events (TIEs).The general procedural steps for identifying TIEs were defined as follows: - Identification of TIEs – compiling an expanded list using various information sources. - Additionally, consider the types of offenses the nuclear facility's physical protection system (PPS) is designed to counteract, such as sabotage and theft of radioactive material, with case studies described in Chapter 1. - Finalising the TIE list – eliminating events that are highly unlikely to occur. - Categorisation of TIEs. The proposed factors for TIE categorisation include: - Intentions of the potential perpetrator; - Nature of the radioactive material involved; - Potential consequences of the event. The following categories of Threat-Initiating Events (TIEs) have been identified: Category 1: Sabotage or threat of sabotage at a nuclear power plant reactor facility; Category 2: Sabotage or threat of sabotage involving radioactive materials; Category 3: Diversion of nuclear materials; Category 4: Diversion of radioactive waste or sources of ionising radiation; Category 5: Special cases (e.g., seizure of a nuclear power plant during military conflict, cyber threats). Methods for assessing Threat-Initiating Events (TIEs) were analysed by comparing qualitative and quantitative evaluation approaches, identifying their respective advantages and limitations. It was determined that the most effective way to assess the frequency of TIE occurrence is to combine qualitative and quantitative methods, leveraging the strengths of both approaches. Additionally, traditional Probabilistic Safety Assessment (PSA) methods for estimating the frequency of initiating events in nuclear safety can be applied in certain cases.Based on similarities in safety functions and success criteria, and considering the types of potential perpetrators, it was proposed to further categorise TIEs into two additional classes: internal TIEs and external TIEs. Specific TIEs were examined through case studies, analysing their impact on the Physical Protection System (PPS). The study explored the effects of TIEs on the PPS functions, which would require an appropriate PPS response to intercept and neutralise the perpetrator in the event of a threat-initiating event. Furthermore, a systematisation of TIEs was proposed to identify the most vulnerable scenarios, linking them to PPS functions through a risk matrix assessing the likelihood of event realisation. In the third chapter, a practical trial was conducted by analysing the external threat-initiating event (TIE): "A group of individuals (two or more) intending to carry out a sabotage at the nuclear facility." A scenario of the perpetrators' actions was developed and analysed through computer simulation. Three computer simulation programs were used for this purpose: EASI and SAVI, both of which have been used for many years to assess physical protection systems in nuclear safety, and the SAPHIRE program, which is used for reliability analysis of systems, risk assessment of accidents, and development of strategies to mitigate consequences. The following results were obtained. The EASI model analyses only one specific route. Due to this limitation, unlike other models and programs such as SAVI, it cannot provide information on all possible routes with identification of the most vulnerable ones. On the other hand, the SAVI model does not handle changes in technical data characteristics, whereas EASI allows for this. The SAVI model can be used to determine the set of critical routes, and tools like EASI can be employed to examine the characteristics of the critical route in greater detail. As the effectiveness of the physical protection system (PPS) in SAVI is measured by P(n) on the most critical route, it is advisable to conduct an analysis and improve it. For a more detailed analysis of the critical route and making adjustments to the PPS to enhance its effectiveness, the EASI program would be more suitable.SAPHIRE allows for the construction of event trees and fault trees for all possible scenarios of perpetrators' actions based on the characteristics outlined in the TIE and their objectives. Thus, it is possible to analyse multiple scenarios for one TIE in a single calculation, considering the frequency of the threat-initiating event. By adjusting the TIE frequencies, we can assess how much we need to improve the PPS to counter each new TIE. This is something neither EASI nor SAVI can account for. However, a drawback of SAPHIRE is the complexity of accounting for the time intervals of the perpetrators' actions, the response teams, and the PPS. Using SAVI and SAPHIRE, recommendations were provided to enhance the effectiveness of the PPS for the hypothetical object "Siversk NPP" in a specific scenario of the perpetrators' actions. By analysing the facility's PPS for different TIEs, a comprehensive list of recommendations can be obtained, the implementation of which will significantly improve the facility's security level. Scientific novelty. For the first time, this dissertation research describes the synthesis of the existing probabilistic safety analysis (PSA) methodology for nuclear power plants (NPPs) and the evaluation of physical nuclear safety in relation to the assessment of threats to radioactive materials and associated installations. The scientific novelty lies in the following: - For the first time, probabilistic safety analysis approaches have been applied to physical nuclear safety; - For the first time, the concepts of threat-initiating event, external threatinitiating event, and internal threat-initiating event have been introduced; - For the first time, an approach to the identification of threat-initiating events has been applied; - For the first time, the procedure for grouping threat-initiating events related to radioactive materials and associated installations has been carried out; - For the first time, a scenario of perpetrator actions has been analysed using the SAPHIRE software tool. Practical value. Implementation of the developed methods and procedures for identification and grouping of initial threat events in nuclear security will potentiallyallow developing a full-fledged methodology for probabilistic analysis of nuclear security, which will contribute to strengthening the resilience and counteraction of the NSS to both external and internal offenders.
dc.format.extent194 с.
dc.identifier.citationСамсоненко, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/74232
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectатомна енергетика
dc.subjectядерний матеріал
dc.subjectядерний реактор
dc.subjectрадіоактивні матеріали
dc.subjectризики
dc.subjectатомна електростанція
dc.subjectімовірнісний аналіз безпеки
dc.subjectсистема фізичного захисту
dc.subjectрадіоактивні відходи
dc.subjectімовірності методи
dc.subjectнадійність обладнання
dc.subjectматематичні методи моделювання
dc.subjectядерні установки
dc.subjectNuclear energy
dc.subjectnuclear material
dc.subjectnuclear reactor
dc.subjectradioactive materials
dc.subjectrisks
dc.subjectnuclear power plant
dc.subjectprobabilistic safety analysis
dc.subjectphysical protection system
dc.subjectradioactive waste
dc.subjectprobabilistic methods
dc.subjectequipment reliability
dc.subjectmathematical modelling methods
dc.subjectnuclear facilities
dc.subject.udc621.039
dc.titleУдосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки
dc.title.alternativeEnhancing Physical Nuclear Security Measures at Nuclear Energy Facilities Through the Application of Probabilistic Safety Assessment Methodology
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Samsonenko_dys.pdf
Розмір:
3.65 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕ)
Дисертації (вільний доступ)