О вере в безопасность ядерной энергетики
Дата: 19/04/2012
Тема: Безопасность и чрезвычайные ситуации


А.Н.Румянцев, д.т.н., зам. директора по научной работе НТК "Электроника" НИЦ "Курчатовский институт"

На недавно состоявшемся Саммите по ядерной безопасности Президент России Д.А.Медведев заявил ”… считаю, что наша ядерная энергетика, безусловно, самая передовая в мире, почему мы её активно предлагаем нашим партнёрам”.  Годом раньше глава Росатома С.В. Кириенко, обсуждая очередную ФЦП с 2016 г., заявил, что “…в ней надо ставить задачу не просто устранения рисков аварий с учетом накопленных проблем, а полную ликвидацию.” Очевидно, что Президент не сам пришел к ”безусловному” выводу, что наша ядерная энергетика “самая передовая”. Так же как глава Росатома не сам решил поставить задачу “полной ликвидации” рисков от ядерной энергетики.


Эти формулировки принадлежат специалистам в ядерной энергетике, имеющим возможность  доводить свои выводы и рекомендации до государственных лиц, принимающих решения.

Изложенное далее предлагается вниманию именно таких специалистов. На чем базируется их уверенность в том, что российская атомная энергетика самая передовая и риски от ядерной энергетики могут быть устранены? На знаниях, или вере, или на чем-то ином?

На этом сайте ранее были опубликованы две мои заметки по этому вопросу: “Безопасность атомной энергетики – верить или знать?” (03.06.2011) и ”Прогнозирование безопасности в ядерной энергетике” (19.07.2011). Анализ последующих публикаций, докладов, сообщений и т.п., в том числе связанных с анализом аварии на АЭС Фукусима, показал, что существующие “инженерные” подходы к анализу безопасности объектов ядерной энергетики пока еще далеки от физических реальностей нашего мира.

Атомная энергетика является одной из немногих областей человеческой деятельности, в которой прогнозирование последствий принимаемых проектных, конструкторских и технологических решений, а также последствий действий обслуживающего персонала, возможно лишь средствами математического моделирования физического эксперимента. Прямые физические “эксперименты” типа аварий на АЭС в Три-Майл-Айленд (1979), в Чернобыле (1986), на Фукусиме (2011) с оцененным ущербом свыше  800 млрд. долл. США вновь и вновь подтверждают ограниченность наших знаний о природе возникновения и протекания тяжелых аварий, и несовершенство применяемых методов математического моделирования результатов таких физических “экспериментов”.

В сложных человеко-машинных системах аварии неизбежны. Самолеты и ракеты падают, плотины ГЭС разрушаются, активные зоны реакторов либо плавятся, либо взлетают вследствие неуправляемых разгонов. Так было, так есть, так будет.

Что делать? Видимо, единственный ответ на этот вопрос – снижать вероятности (частоты) таких событий и связанные с ними риски нанесения ущерба населению и окружающей среде.

Как это сделать? Видимо, единственный ответ на этот вопрос – создавать и применять такие математические модели, которые могут явно учитывать как ограниченность наших знаний о природе возникновения и протекания тяжелых аварий, так и несовершенство применяемых методов математического моделирования физических экспериментов. Другими словами, пора в этой инженерной области перейти от ”физической математики” к ”математической физике”, т.е к математике, в которой явно учитывается физический характер наблюдаемых и измеряемых объектов (времени, массы, давления, температуры, нейтронных сечений, ошибок персонала, и т.п.) и неизбежные погрешности измерений параметров этих объектов. К такой математике, которая позволит дополнить и даже заменить физический эксперимент.

Совершенствование методов математического моделирования физических процессов в объектах ядерной энергетики позволяет уменьшить погрешности самих моделей и, в некоем будущем, посчитать эти погрешности устраненными. Однако погрешности измерений параметров этих объектов, используемых в качестве исходных данных в математических моделях, были и остаются неустранимыми.

Вывод из вышеизложенного прост: любые математические модели, призванные заменить или дополнить физический эксперимент, обязаны анализировать погрешности исходных данных и включать в результаты моделирования оцененные дисперсии (погрешности) этих результатов.

Если оценка дисперсии отсутствует, то количество новой информации, привносимой такой математической моделью, равно нулю. Это доказал еще Норберт Винер [1]. Это популярно разъяснил еще Леон Бриллюэн [2]. К этому выводу пришел еще первый глава Минатома В.Н.Михайлов, заявив: “…Оказалось, что небольшая неточность в теории приводила к большой погрешности в конечном результате атомного взрыва…” [3, стр. 15] и добавив, что “сколь бы не была точна теория, а вернее математическая модель, реалии всегда отличаются и всегда существует неопределенность за счет диагностики и теоретической модели на любом уровне эксперимента” [там же, стр. 38].

Простейшим примером неполноценности существующих подходов к анализу безопасности объектов атомной энергетики является пример Макса Борна, приведенный в книге Л. Бриллюэна ([4], стр. 142-144), показывающий значение анализа ошибок в исходной информации даже для строго детерминированных задач классической механики, по сути, “точных” математических моделей:

“Рассмотрим шар с массой M, движущийся в направлении X между двумя жесткими стенками, находящимися на расстоянии X=±L. Движение кажется совершенно детерминированным, но мы хотим учесть неизбежные ошибки при измерении начальных условий: когда мы бросаем шар, мы знаем начальную точку X=0 только с погрешностью dX и можем определить начальный импульс P с погрешностью dP. Эта простая проблема рассматривалась М. Борном. Он подчеркивал, что по истечении некоторого времени Т положение шара нам известно с погрешностью (dX+(T/M) dP)), причем эта погрешность вскоре может превысить расстояние 2L между стенками. В дальнейшем мы можно только сказать, что шар находится где-то между этими стенками – вывод, который едва ли можно назвать “детерминизмом”.

Этому суждению уже более 50 лет. Оно имеет прямое отношение к моделированию ненаблюдаемых процессов возникновения и развития аварий с потерей контроля со стороны персонала АЭС, происходящих, например, при нарушении отвода тепла от активной зоны. Пока самый свежий пример – авария на АЭС Фукусима в 2011 г. Ее проектная безопасность не подвергалась сомнениям. При ее проектировании знали о возможных цунами. Должны были бы знать о цунами 1923 г. с оцененной высотой  волны в диапазоне 17-25 метров. Должны были бы поставить АЭС подальше от берега. Или принять решение о размещении всех АЭС Японии на ее западных берегах. Однако вновь сработало ”инженерное” решение, в основе которого лежат принципы ”авось” и сиюминутной ”экономии”. Так что ответ на вопрос ”что будет, если…” применительно к оценке безопасности объектов ядерной энергетики пока один и тот же: “поживем - увидим”.

Как обстоят дела с прогнозированием безопасности объектов ядерной энергетики в России сегодня? Впереди ли мы всей планеты? Ответ прост – почти также, как и 20-25 лет назад. Тогда на “гребне” после-Чернобыльской озабоченности “вспомнили” о ВАБ, бросились совершенствовать расчетные коды, оснащать АЭС дополнительной измерительной и диагностической аппаратурой, совершенствовать существовавшие и создавать новые системы обеспечения безопасности. Появились тренажеры для обучения персонала. Появились проекты после-Чернобыльских АЭС с реакторами ВВЭР и РБМК.

Тогда же появилось понимание важности анализа неопределенностей в прогнозных оценках безопасности. Это послужило основой создания приближенного аналитического метода анализа неопределенностей, впервые примененного в 1989-90 г.г. для ВАБ после-чернобыльских АЭС с реакторами ВВЭР-1000 [4, 5, 6]. Была доказана эффективность перехода с 3-х на 4-х канальную структуру систем безопасности и установки пассивных систем отвода тепла из 2-го контура с учетом неизбежных неопределенностей новых конструкторско-технологических решений. Но уже тогда выяснилось, что основа ВАБ – данные по частотам отказов оборудования АЭС в СССР, - практически отсутствует. Данные по отказам пришлось брать из базы данных МАГАТЭ, обобщившей доступные к тому времени мировые данные. К этому можно добавить, что в России до сих пор, 20 лет спустя, все еще существует проблема “создания достоверных, основанных на опыте эксплуатации действующих АЭС и данных разработчиков оборудования, баз данных по показателям надежности оборудования и элементов, важных для безопасности” [7, стр. 330]. За время, прошедшее с момента этой публикации, ситуация лишь ухудшилась. Судя по доступной информации, АЭС в России оснащаются оборудованием, качество которого едва ли соответствует требуемым показателям надежности. ВАБ российских АЭС уже не основывается на “достоверных, основанных на опыте” данных. Скоротечность стресс-тестов, которыми увлеклись после аварии на АЭС Фукусима, новой информации практически не принесла. “Все хорошо, прелестная маркиза…”.

ВАБ лишь часть дела. Что изменилось с тех пор в обоснованиях безопасности объектов ядерной энергетики путем моделирования возможных ”проектных” и “запроектных” аварий? По сути, ничего. Как показал анализ доступной информации, даже наиболее совершенные коды ”улучшенной оценки” стационарных и динамических процессов в объектах ядерной энергетики (реакторы, хранилища ОЯТ и т.п.) не обладают сколь-нибудь обоснованными возможностями анализа дисперсий результатов моделирования процессов, важных для безопасности. Эти коды способны прогнозировать ”положение шара в желобе” не более как ”возможно, шар еще где-то желобе”. Первопричина такого положения дел проста: действующие нормативные документы пока этого не требуют.

Лишь относительно недавно (март 2012 г.) НТЦ ЯРБ Ростехнадзора провел семинар “Научно – технические вопросы безопасности и регулирующая деятельность” на тему “Что надо менять в ОПБ АС 88/97”. На нем обсуждались вопросы обязательности анализа неопределенностей в обоснованиях безопасности объектов ядерной энергетики, включая ВАБ. Остается надеяться, что совершенствование нормативной базы вынудит изменить сложившуюся “инженерную” практику обоснования безопасности. И чем скорее, тем лучше.

Приведенное выше высказывание В.Н.Михайлова о значимости “небольшой неточности в теории“ относится к тому периоду времени, когда эти неточности могли быть выявлены и устранены в сотнях взрывных экспериментов. Экспериментальная база для обоснования безопасности ядерной энергетики пока ограничена тремя наиболее значимыми ”экспериментами”. В связи с запретом на проведение испытаний ядерного оружия, обоснование эффективности новейших поколений такого оружия могут быть выполнены только математическим моделированием. При этом анализ погрешностей в таком моделировании едва ли имеет практическое значение. Вряд ли кого будут волновать несовпадения данных расчетов с реальностью при применении новейших поколений такого оружия. Просто не останется наблюдателей. Но для ядерной энергетики это не так. Действующие и сооружаемые АЭС со сроками эксплуатации 50-70 лет вполне могут пережить их создателей. С кого потомки будут спрашивать о недомыслии?

Так что уверенность специалистов, сообщающих свои оценки лицам, принимающим решения, в том, что российская атомная энергетика самая “передовая” и риски от ядерной энергетики могут быть “устранены”, основаны не более чем на вере, если не делаются с другим умыслом.


Список литературы.

1. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. -М: Советское радио, 1968. (Norbert Wiener. Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine. Second Edition. – New York-London, 1961). - 326 p
2. Бриллюэн Л. Научная неопределенность и информация. – М., Из-во МИР, 1966 (Brillouin L. Scientific Uncertainty and Information. – Academic Press, New York and London, 1964). – 272 с.
3. В.Н.Михайлов. Я – ”Ястреб”. – Москва, Крон-Пресс, 1993.

4. Сравнительный вероятностный анализ проектной безопасности атомных станций с реакторами ВВЭР-1000. Проекты В320 и ВВЭР-92. – Отчет ИАЭ им.И.В.Курчатова, инв. 28.06-11/57, 1989.

5. Румянцев А.Н., Остроумов Ю.А. Метод квантильных оценок неопределенностей в анализе частот, процессов развития и последствий редких и маловероятных событий аварий. – М. Отчет РНЦ ”Курчатовский институт” инв. No. 210.06-04/1 от 29.10.1993 (воспроизведен в препринте под тем же названием No. ИАЭ-6295/15, Москва, 2003. - 64 с.)

6. Румянцев А.Н. Метод квантильных оценок неопределенностей. Атомная энергия, 2007, т. 102, вып. 4, с.208-215.

7. В.А.Острейковский, Ю.В.Швыряев. Безопасность атомных станций. Вероятностный анализ. – Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2008, 349 с.






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3717