Gadó JánosNukleáris biztonság - 3 Valószínűségi alapú biztonsági elemzések.

Az előadások a következő témára: "Gadó JánosNukleáris biztonság - 3 Valószínűségi alapú biztonsági elemzések."— Előadás másolata:

1 Gadó JánosNukleáris biztonság - 3 Valószínűségi alapú biztonsági elemzések

2 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt2 Tartalom  A valószínűségi elemzések céljai  A valószínűségi elemzések terjedelme, szintjei  Eseményfák és hibafák  Az elemzések adatbázisa  Az elemzések eredményei  A leállított állapot speciális kezelése  A belső és külső hazárdok speciális kezelése  A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok  A kibocsátási kategóriák és a nagy radioaktív kibocsátások gyakoriságai

3 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt3 A valószínűségi elemzések céljai Valamely esemény valószínűségének/gyakoriságának számítása: pontérték - a biztonsági színvonal minősítése A befolyásoló hatások mértékének számszerűsítése: érzékenységi tényezők - a gyenge pontok azonosítása Az eredmény bizonytalanságának számszerűsítése: eloszlás- és sűrűségfüggvények - a hihetőség igazolása

4 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt4 A valószínűségi elemzések terjedelme, szintjei -1 Berendezés: önálló feladatot ellátó rendszerelem Rendszer: adott funkció ellátásához szükséges rendszerelemek összessége Blokk: az energiatermelés céljából együttműködő rendszerek összessége Rendszer:  hardver + működtető személyek  hardver = gépészeti + irányítástechnikai + villamos + építészeti elemek

5 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt5 A valószínűségi elemzések terjedelme, szintjei -2 Szintek - a végesemény megválasztása 1. szint: zónakárosodás 2. szint: nagy radioaktív kibocsátás 3. szint: egyéni/társadalmi károk Kezdeti események: mint a determinisztikus elemzéseknél Üzemállapotok (névl. teljesítmény, leállás/átrakás/indulás)

6 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt6 Eseményfák és hibafák - 1 Eseményfák: a kezdeti események következményeit írják le logikailag rendezett grafikus formában, a rendszerek beavatkozásának sikere/ eredménytelensége szerinti elágazásokkal - eseményláncok összessége

7 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt7 Eseményfák és hibafák - 2 Hibafák: az adott rendszer funkciókövetelményének teljesülését veszélyeztető elemi hibaesemények logikai kapcsolatát írják le (Boole-algebrai szimbólumok segítségével) grafikus formában

8 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt8 Eseményfák és hibafák - 3 Az 1. szintű eseményfáknál (eseménylánconként) alkalmazott sikerkritérium: nem történt zónakárosodás (Y/N) A 2. szintű eseményfáknál (eseménylánconként) alkalmazott sikerkritérium: nem történt nagy radioaktív kibocsátás (Y/N1,N2,…) (a kibocsátásokat kategorizáljuk, Ni - I-ik fajta kibocsátás történt) A hibafáknál alkalmazott sikerkritérium:  működési feltétel + működési időtartam megfelelő-e  az eseményfa sikerkritérium teljesüléséhez szükséges és elégséges feltétel rendszer/funkció szinten teljesül-e

9 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt9 Eseményfák és hibafák - 4 Ha minden eseményláncra ismerjük a kezdeti esemény gyakoriságát és a beavatkozások sikerességének valószínűségeit, akkor könnyen megkapjuk a végesemény gyakoriságát is: f vég = f kezdeti * p 1 * p 2 * … p n ahol n a beavatkozó rendszerek száma és p i annak valószínűsége, hogy az i-ik rendszer beavatkozása az adott eseményláncnak megfelelően sikeres, avagy sikertelen. Azt elemi megfontolások, vagy az eseménylánc determinisztikus elemzése alapján kell eldönteni, hogy az eseménylánc végeseménye sikeres, vagy sikertelen. Ha a sikertelen eseményláncok gyakoriságait minden eseményfára összegezzük, akkor megkapjuk a sikertelenség gyakoriságát.

10 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt10 Az elemzések adatbázisa - 1 A kezdeti események gyakorisága tapasztalati adatok f [1/év] Hardver meghibásodások tapasztalati adatok  meghibásodási ráta λ [1/óra]  funkcióelmaradások működtetések számára vetített értéke λ d [1/működtetés]  működtetési, javítási, karbantartási és tesztelési adatok T mis [óra], T rep [óra], T per [óra], T test [óra] Általános, típus-specifikus és erőmű-specifikus adatok kombinálása szükséges

11 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt11 Az elemzések adatbázisa - 2 Emberi hibák ezeket különösen nehéz értékelni, de igen fontosak szimulátoros tesztek (de: más stresszhelyzetben) kitérő: miért fontos a tréningszimulátor operátorok oktatása, rendszeres képzése gyakoribb és ritkább események kezelésére operátor-csoportok vizsgáztatása a vezénylő ergonómiai felülvizsgálata kezelési utasítások ellenőrzése erőművi módosítások tesztelése (hardware in the loop) PSA-adatok gyűjtése

12 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt12 Az elemzések adatbázisa - 3 A vezénylő a szimulátorban

13 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt13 Az elemzések adatbázisa – 4 Az operátor képernyői a szimulátorban

14 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt14 Az elemzések eredményei - 1 Az 1. szintű PSA egyik fontos eredménye a zónasérülési gyakoriság (CDF) pontértéke. Ennek jelentőségét sokszor túlbecsülik: nem annyira az állapotot, mint inkább a fejlődést jellemzi. A jövőben épülő atomerőművekre (Gen-3, Gen-4) megkövetelik, hogy CDF kisebb legyen, mint 10 -5 /év. Ha a világon működő blokkok száma 1000 lenne, akkor annak valószínűsége, hogy valahol zónasérülés lenne: 0,01 (vagyis minden száz évben egyszer várható). Az üzemelő atomerőművi blokkokra a követelmény általában 10 -4 /év, de a mai tényleges helyzet ennél jobb.

15 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt15 Az elemzések eredményei - 2 A valószínűségi elemzések a Rasmussen-jelentéssel és a német kockázati tanulmánnyal kezdődtek a hetvenes években. A paksi atomerőmű első valószínűségi elemzése a kilencvenes évek elején készült (az AGNES projekt keretében). A valószínűségi elemzések először mindenütt magas zónkárosodási gyakoriságot adtak, de kimutatták azokat a gyenge pontokat, amelyek kiküszöbölésével azután a zónasérülési gyakoriságot jelentősen lecsökkentették. Pakson például egyedül a kiegészítő üzemzavari tápvízrendszer vezetékeinek áthelyezésével a zónasérülési gyakoriság 10 -4 /év alá csökkent még a kilencvenes években (névleges teljesítményről induló folyamatokra). A biztonságnövelési program következtében a zónasérülési gaykoriság ma elfogadható mértékű.

16 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt16 Az elemzések eredményei - 3 Hogyan lehet kitalálni, hogy hogyan lehet a zónasérüési gyakoriságot a leghatékonyabban csökkenteni? Érzékenységi vizsgálatokat kell végezni: mekkora a pontértékhez való hozzájárulás mértéke: - az egyes kezdeti eseményekre - az egyes rendszerekre - tulajdonképpen a minimális hibaesemény kombinációkra.

17 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt17 Az elemzések eredményei - 4

18 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt18 A leállított állapot speciális kezelése - 1 A kilencvenes évek elején felismerték, hogy zónasérülés a leállított állapotokban is “gyakran” bekövetkezhet. Leállított állapotok: leállítás, lehűtés - n állapot reaktorfedél le, a zóna átrakása, reaktorfedél fel - n állapot felmelegítés, kritikusság, felterhelés - n állapot Ez az összesen 24 állapot egyenként ugyanolyan elemzést kíván, mint a névleges teljesítményű állapot. Az állapot éves hossza csökkenti az éves gyakoriságot, mégis az első elemzések (1997 körül) szerint a leállított állapotok járuléka a zónasérülési gyakorisághoz meghaladta a névleges teljesítményű állapot jaárulékát. Mára ez biztonságnövelő intézkedések következtében erősen lecsökkent.

19 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt19 A leállított állapot speciális kezelése - 2 0Névleges teljesítményű üzem 1Alacsony teljesítményű üzem egy turbinával 2 A reaktor szubkritikus állapotba hozatala felbórozással 3-5Lehűtés 6-7Természetes cirkuláció 8A reaktor felnyitása 9-13Nyitott reaktor, átrakás 14A reaktor lezárása 15-18A primerkör nyomásra hozása, integrális tömörségvizsgálat 19-22Felfűtés 23A reaktor kritikus állapotba hozatala 24A teljesítmény növelése

20 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt20 A leállított állapot speciális kezelése - 3 Az alábbi diagram a mai helyzetet mutatja:

21 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt21 A belső és külső hazárdok speciális kezelése - 1 Belső hazárdok tűz belső elárasztás nagyenergiájú csőtörés turbinarepeszek nehéz tárgy leesése Tűz és belső elárasztás a fontos, ezeket a paksi PSA kezeli (névleges teljesítményű és leállított állapotokra egyaránt). Minden folyamathoz tartozik determinisztikus elemzés. A belső hazárdok általában többszörös kezdeti eseményként jelennek meg, mert egyszerre több rendszer meghibásodását is okozhatják (pl. kábeltűz).

22 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt22 A belső és külső hazárdok speciális kezelése - 2 A mai PSA eredményeket az alábbi diagram szemlélteti:

23 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt23 A belső és külső hazárdok speciális kezelése - 3 Külső hazárdok természeti veszélyek földrengésáradásszélvész ember okozta veszélyek repülőgép rázuhanás robbanás, mérgezés szállítási útvonalon szabotázs Minden veszélyt figyelembe kell venni. Pakson egyedül a földrengésnek van akkora esélye, hogy a valószínűségi elemzésekben figyelembe kell venni.

24 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt24 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 1 Az eddigiekben gyakorlatilag csak az 1. szintű PSA-val foglalkoztunk. A 2. szint célja a nagy radioaktív kibocsátás gyakoriságának meghatározása. Mekkora a nagy? Erről a következő előadásban lesz szó. 1. szint eseményláncai közül csak azok érdekesek, amelyek zónasérülésre vezettek. De: nem mindegy, hogy a zóna sérülésekor az egyéb körülmények milyenek - a reaktortartály nyomása - az üzemzavari hűtőrendszer állapota - a konténment izolálása - a konténment rendszerek működőképessége

25 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt25 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 2 Az 1. szintá PSA rengeteg eseménylánca vezet zónasérülésre. A helyzet rendezésére bevezetjük az erőműsérülési állapot fogalmát. Minden olyan állapotot, amelyet a fenti négy jellemző egy-egy minősége jellemez, erőműsérülési állapotnak (PDS) nevezünk. A paksi kategorizálás szerint 180 PDS különböztethető meg. Bizonyos PDS-ek gyakorisága eleve zérus. A többi gyakoriságát a kiegészített 1. szintű PSA alapján lehet meghatározni, ahol a kiegészítés azt jelenti, hogy az 1. szintű PSA eseményláncainál nem csak a zónasérülés bekövetkezését, hanem a fenti paraméterek minőségét is értékelni kell. Ennek alapján meghatározható, hogy az egyes eseményláncok milyen eséllyel jutnak le az egyes PDS-ekhez. Felösszegzéssel létrejön az erőmásérülési állapotok gyakoriságait tartalmazó mátrix.

26 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt26 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 3 Minden nem-zérus gyakoriságú erőműsérülési állapothoz tartozik egy eseményfa. Az eseményfák felépítése valamelyest külöbözik az 1. szintű PSA eseményfáitól, mert itt az időbeliséget is figyelni kell, ugyanis nem mindegy, hogy melyik fázisban történik a radioaktív anyagok kibocsátása. Az eseményláncoknak megfelelő folyamatokról súlyos baleseti elemzések vagy megfontolások alapján el lehet dönteni, hogy milyen konténment-végállapothoz, milyen kibocsátási kategóriához vezetnek. Az elemzésekben modellezni kell - a zónaolvadás előrehaladását - a reaktortartály tönkremenetelét - a keletkező hidrogén égését - a konténment teherbírását.

27 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt27 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 4 Az egyes folyamatokhoz tartozó idők nagyon lényegesek. (minden időadat percben) FolyamatLBLOCASBLOCALOEP Zóna kiszáradás kezdete15180500 Hasadási gázok kibocsátása30210515 A tartólemez sérülése75250600 A tartály sérülése3607501000 A VVER reaktorokban viszonylag sok idő áll rendelkezésre a helyreállítás elvégzéséhez.

28 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt28 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 5 A TMI reaktor képe az olvadás után

29 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt29 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 6 A reaktortartály sérülése

30 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt30 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 7 A hidrogén égése/robbanása csak bizonyos feltételek teljesülésekor jön létre. A robbanás lehetőségét ki kell zárni. Hidrogénégésdiagramja

31 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt31 A zónasérülési gyakoriság és az erőműsérülési állapotok - 8 A konténment teherbíróképességét a fragilitási görbe jellemzi.

32 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt32 A kibocsátási kategóriák - 1 A kibocsátási kategóriákat a forrástag és a kibocsátási útvonal jellemzi. Forrástag: a zónaleltár hány %-a kerül a környezetbe (izotópcsoportokat kell megkülönböztetni) Kibocsátási útvonal: - konténment szivárgás, sérülés vagy bypass - kibocsátási magasság (talajszint, kémény) A kibocsátási kategóriák kötik össze a 2. és 3. szintű valószínűségi elemzéseket.

33 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt33 A kibocsátási kategóriák - 2 Valamennyi útvonal a reaktorcsarnokba vezet, a szellőzés vagy működik, vagy nem. A kibocsátás 2%-át közvetlenül kiengedjük a számításokban.

34 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt34 A nagy radioaktív kibocsátások gyakoriságai - 1 Az egyes kibocsátási kategóriák gyakoriságait a különböző erőműsérülési állapotokból induló eseményfák eseményláncainak elemzéséből lehet kideríteni. Meg kell állapítani, hogy az egyes eseményláncok milyen eséllyel végződnek az egyes kibocsátási kategóriákba eső kibocsátásokkal és a gyakoriságokat a kibocsátási kategóriákra összegezni kell. Általában azt követelik meg, hogy egy valamekkora kibocsátásnál nagyobb kibocsátások kumulatív gyakorisága ne haladja meg a zónasérülési gyakoriság egytizedét, de igazi számszerű követelmények csak Finnországban és Nagy-Britanniában vannak. A kibocsátási kategóriák egy részében a kibocsátás a határérték alatt, másik részében a határérték felett van.

35 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt35 A nagy radioaktív kibocsátások gyakoriságai - 2 A balesetkezelés feladata a baleseti kibocsátások csökkentése annak révén, hogy az egyes folyamatok nagyobb valószínűséggel kisebb kibocsátással járjanak, azaz az eseményláncok kisebb kibocsátású végállapotokban végződjenek. Tipikus eredmények Paksra: zónasérülési gyakoriság: 2,5·10 -5 /év nagy kibocsátás gyakorisága:5,0·10 -6 /év nagy kibocsátás gyakorisága a balesetkezelés után: 2,8·10 -6 /év A balesetkezelés megvalósítása 2011-re várható.

36 Gadó János Nukleáris biztonság - 3 bme_4.ppt36 Összefoglalás  Beszéltünk a valószínűségi elemzések céljairól, a valószínűségi elemzések terjedelméről és szintjeiről  Az eseményfák és hibafák adják a logikai keretet  Az elemzések adatbázisa igen kiterjedt  Az elemzések eredményei – zónasérülési gyakoriság  A leállított állapot speciális kezelése szükséges  A belső és külső hazárdok speciális kezelése szükséges  Az erőműsérülési állapotok jelentik a PSA-2 elemzések kezdeti eseményeit  Kibocsátási kategóriákat definiáltunk. Pakson a nagy radioaktív kibocsátások gyakoriságai kielégítőek lesznek a következménycsökkentő balesetkezelés bevezetésével.