Оценка риска для атомных электростанций с реакторами типа РБМК и ВВЭР

Безопасность атомных электростанций, как и любых других опасных объектов, имеет стохастическую природу и обусловлена внутренними и внешними явлениями природного и техногенного характера. Вероятностным характеристикам безопасности атомных электростанций соответствуют риски, связанные с авариями на. атомных электростанциях и другими чрезвычайными ситуациями техногенного и природного характера, с непосредственными и отдаленными последствиями для населения и сверхнормативным загрязнением окружающей среды [1].

В данной статье в качестве примера, атомных электростанций с реакторами типа. РБМК и ВВЭР рассматриваются соответственно Курская и Ростовская атомные электростанции.

Методология вероятностной оценки риска основана на методологии вероятностного анализа. безопасности атомных электростанций [1, 2]. Методический подход, используемый в настоящей статье, основан на. модели деревьев отказов и деревьев событий. Он обладает развитой методической базой, обширной базой данных и обеспечен множеством верифицированных расчетных программ. Его основные положения к оценке риска, включают: детерминистический анализ безопасности; выявление слабых мест проекта, увеличивающих вероятность повреждения активной зоны; учет мер по управлению авариями и ликвидации последствий аварии; критерии приемлемости риска; разработку мероприятий по повышению безопасности атомных электростанций.

Общая процедура, проведения оценок риска, включает три последовательные стадии [3].

• 1)    Анализ опасности природного и техногенного характера, ошибок персонала, атомных электростанций, отказов оборудования и систем, разрушения зданий и сооружений на. атомных электростанциях вследствие внешних и внутренних экстремальных воздействий. Целью анализа является определение вероятностей (частот) радиоактивных выбросов в окружающую среду в соответствии с принятыми категориями потенциальных ущербов (соответствует вероятностному анализу безопасности уровня 1 и уровня 2 для атомных электростанций).

• 2)    Оценка, (на. основе результатов пункта. 1) показателей риска, причинения ущерба, жизни и здоровью физических лиц (населению и персоналу атомных электростанций), имуществу физических и юридических лиц (населению, эксплуатирующей организации атомных электростанций, другим юридическим лицам) в натуральных показателях в соответствии с принятыми категориями потенциальных ущербов (соответствует вероятностному анализу безопасности уровня 3 для атомных электростанций). Натуральными показателями ущерба

являются дозовые нагрузки; количества детерминированных и стохастических эффектов облучения; концентрации радиоактивных веществ на территории атомных электростанций и за пределами санитарно-защитной зоны.

• 3)    Оценка (на основе резулвтатов пункта 2) показателей риска причинения ущерба жизни и здороввю физических лиц (населению и персоналу атомных электростанций), имуществу физических и юридических лиц в соответствии с принятыми категориями потенциальных ущербов в экономических показателях. Экономическими показателями ущерба являются затраты на превентивные меры по предупреждению или уменьшению потенциального ущерба здоровью населения и персонала атомных электростанций; выплата возмещений в случае смерти, за лечение, потерю имущества физических и юридических лиц.

Для выполнения количественной оценки интегрального (от всех возможных аварий) риска необходимо знать вероятности (частоты) возникновения опасных ситуаций Ғ, уровень соответствующих опасных воздействий на людей D (например, возможный уровень доз радиации) и коэффициент к, связывающий вероятность (частоту) гибели людей с опасными воздействиями (например, гибели от раковых заболеваний при дозе 1 Зв). Тогда интегральный индивидуальный риск определяется по формуле [3]:

R =

У . .  .' (Z)

< Да,

где х — параметр интегрирования; R_a — нормативный показатель [4].

Целью оценок риска является разработка рекомендаций по повышению безопасности атомных электростанций (управления риском) на основе анализа результатов оценок риска, включающего определение доминантных вкладчиков в риск, анализ значимости, чувствительности и неопределенностей результатов оценки. Основной вклад в риск могут вносить отказ оборудования и систем безопасности, отказ по общим причинам и ошибки персонала. Определение доминантного вкладчика позволяет обозначить наиболее слабые места в проектных решениях и технологических процессах на атомных электростанциях. Значимость вклада в риск атомных электростанций определяется его местом в интегрированной логической структуре модели объекта, а также вероятностью.

Анализ чувствительности проводится для оценки изменения частоты повреждения оборудования атомных электростанций при замене базовых событий вероятностного анализа (действия оператора, работа оборудования и др.). Он позволяет использовать результаты вероятностного анализа как средство исследования возможных мер снижения риска (обосновать финансовые расходы на модернизацию атомных электростанций).

Есть два основных класса неопределенности результатов: вероятностный и детерминистический. Каждый из них в свою очередь подразделяется на два типа: неопределенность параметров модели и неопределенность модели. Неопределенность вероятностной модели может быть оценена с помощью критериев Фишера и Хи-квадрат [2]. Неопределенность параметров вероятностной модели может быть оценена методом аналитико-статистического моделирования [5]. Неопределенность детерминистической модели может быть оценена методом стохастической аппроксимации детерминистической модели [6]. Неопределенность параметров детерминистической модели может быть оценена методами Монте-Карло, латинского гиперкуба и др. [2].

В общем случае анализ риска атомных электростанций для управления их безопасностью заключается в построении множества сценариев возникновения и развития возможных аварий с последующей оценкой частот реализации и определением масштабов последствий каждой из этих аварий. В настоящей статье в рамках разработки паспортов безопасности Курской и Ростовской атомных электростанций риск оценивается для двух сценариев развития аварии — наиболее опасного и наиболее вероятного.

В качестве наиболее опасного сценария для Курской атомной электростанции выбрана авария с инициирующим событием «Потеря технической воды», а для Ростовской атомной электростанции — авария с инициирующим событием «Обесточивание атомной электро- станции с отказом дизель-генератора и быстродействующей редукционной установки со сбросом пара в атмосферу».

В качестве наиболее вероятного сценария для Курской атомной электростанции рассмотрена авария с инициирующим событием «Средняя течв по пару», а для Ростовской атомной электростанции — авария с инициирующим событием «Разрыв паропровода в защитной оболочке атомной электростанции с проектной величиной течи в парогенераторе из первого контура во второй».

Рис. 1. Пример диаграммы социального риска (F/V-диаграммы) для Курской атомной электростанции

На основе результатов оценки риска разрабатываются диаграммы социального риска (F/W-диаграммы) — рис. 1, 2 — и диаграммы материального ущерба ( F/G- диаграммы) — рис. 3, 4.

Для оценки радиационного воздействия аварийных выбросов и планирования аварийных мероприятий использовались количественные показатели зависимости численности населения от расстояния и направления от атомной электростанции. Плотность населения вне 30-километровой зоны принята средней для регионов Курской и Ростовской атомных электростанций.

В расчетах приняты следующие параметры: скорость ветра при аварии соответствует среднегодовой, категория устойчивости погоды по Пасквиллу — D (нейтральные условия), вымывание радиоактивной примеси из облака отсутствует, шероховатость подстилающей поверхности земли — 0,1 м.

Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду считается кратковременным, дополнительный подъем облака, вследствие плавучести, не учитывается. При оценке учитываются три пути облучения населения: от радиоактивного облака, загрязненной поверхности земли и в результате попадания радионуклидов в организм при ингаляции.

Результатом оценки радиационных последствий аварии (для среднестатистического взрослого человека со средней радиочувствительностью) являются: поглощенная и годовая эффективная доза облучения. По значениям этих доз определяется возможность возникновения детерминированных и стохастических эффектов.

Для оценки радиационных последствий на персонал атомной электростанции принято, что авария происходит в момент начала работы максимальной дневной смены. Под максимальной дневной сменой понимается смена с максимальным количеством персонала, находящегося на площадке атомной электростанции. Для Ростовской атомной электростанции максимальная дневная смена составляет 1620 человек. Для Курской атомной электростанции максимальная дневная смена составляет 3400 человек.

^■- пример диаграммы материального ущерба

Рис. 2. Пример диаграммы социального риска (F/TV-диаграммы) для Ростовской атомной электростанции

Рис. 3. Пример диаграммы материального ущерба (F/G-диаграммы) для Курской атомной электростанции

Рис. 4. Пример диаграммы материального ущерба (F/G-диаграммы) для Ростовской атомной электростанции

При оценке показателей риска аварии на Курской и Ростовской атомных электростанциях рассмотрены только ядерные и радиационные факторы. Последствия пожаро- и взрывоопасных рисков, а также токсических рисков не рассматривались. Не учитывались также особенности военного времени (боевых действий) и террористических проявлений (диверсий) .

При определении показателей степени риска для персонала и населения применяются следующие понятия:

• -    возможное число погибших — возможное число людей, доза облучения которых приводит к ранним детерминированным эффектам (ранним смертям);

• -    возможное число пострадавших — возможное число людей, доза облучения которых приводит к отсроченным стохастическим эффектам (отсроченным смертям);

• -    индивидуальный риск для персонала объекта — риск с учетом частоты реализации аварийного сценария;

• -    индивидуальный риск для населения на прилегающей территории — риск с учетом частоты реализации аварийного сценария;

• -    коллективный риск — ожидаемое число пострадавших (погибших) людей (персонала и населения) с учетом частоты реализации аварийного сценария.

Расчетные исследования оценок риска ранних и отсроченных случаев смертей на разных расстояниях от источника аварийного выброса (вместе с информацией о загрязнении поверхности земли и распределении плотности населения) позволяют оценить площадь земли, временно и полностью выведенной из землепользования; количество ранних (Wp) и отсроченных из-за стохастических эффектов ( Wct) случаев смертей среди населения; коллективную дозу облучения населения ( Eq).

По определению риск летального исхода — это произведение частоты категории выбросов радиоактивных веществ на количество летальных исходов, определенное для данной категории выбросов радиоактивных веществ [7].

Таким образом, выявляются:

• -    риск ранних случаев смертей Rp_i = Np_i ft для каждого аварийного сценария с частотой fр чел. реактор-год:

Таблица!

Пример показателей радиационного риска от возможных аварий на Курской атомной электростанции

Показатель	Авария
	Запроектная — наиболее опасный сценарий	Проектная — наиболее вероятный сценарий
Частота, 1/год	4, 0 • 10-8	10-4
Средняя индивидуальная эфе		активная доза, Зв
Персонал	10-2	10-5
Население	1, 5 • 10-3	4, 0 • 10-7
Индивидуальный риск смерти на 1 аварию (отдаленные эффекты), 1/год
Персонал	5, 0 • 10-4	5, 0 • 10-7
Население	7, 5 • 10-5	2, 0 • 10-8
Индивидуальный риск смерти с учетом частоты инициирующих событий, 1/год
Персонал	2, 0 • 10-11	5, 0 • 10-11
Население	3, 0 • 10-12	2, 0 • 10-12

Т а б л и ц а 2

Пример показателей радиационного риска от возможных аварий на Ростовской атомной электростанции

Показатель	Авария
	Запроектная — наиболее опасный сценарий	Проектная — наиболее вероятный сценарий
Частота, 1/год	3, 8 • 10-8	5, 6 • 10-5
Средняя индивидуальная эфе		активная доза, Зв
Персонал	2, 5 • 10-2	7, 0 • 10-6
Население	7, 3 • 10-4	6, 6 • 10-7
Индивидуальный риск смерти на 1 аварию (отдаленные эффекты), 1/год
Персонал	1, 3 • 10-3	3, 5 • 10-7
Население	3, 7 • 10-5	3, 3 • 10-8
Индивидуальный риск смерти с учетом частоты инициирующих событий, 1/год
Персонал	4, 75 • 10-11	2, 0 • 10-11
Население	1,4 • 10-12	1, 8 • 10-12

• -    риск отсроченных случаев смертей R^^ = N^^ ft для каждого аварийного сценария с частотой f _t. чел. реактор-год:

• -    общий риск случаев смертей Rv. = Rp_t + R ^q для каждого аварийного сценария с частотой fр чел. реактор-год:

• -    риск коллективной дозы R e_c = Ес ft для каждого аварийного сценария с частотой f _t. чел.-Зв реактор-год:

• -    риск загрязнения земли, временно запрещенной к использованию, для каждого аварийного сценария с частотой ft, га/реактор-год;

• -    риск загрязнения земли, выведенной из землепользования, для каждого аварийного сценария с частотой f t, га/реактор-год.

В общем случае в перечень итоговых данных, полученных в результате проведения количественных оценок риска для атомной электростанции, рекомендуется включать следующие расчетные показатели: количество и риск ранних и отдаленных смертей среди персонала и населения, экономический ущерб в результате причинения вреда жизни и здоровью населения, затраты на эвакуацию и переселение населения. Пример оценки радиационного риска и социально-экономических последствий радиационных аварий приведен в табл. 1-4.

Т а б л и ц а 3

Пример показателей социально-экономического риска от возможных аварий на Курской атомной электростанции

Показатель	Авария
	Запроектная — наиболее опасный сценарий	Проектная — наиболее вероятный сценарий
Частота, 1/год	4, 0 · 10-8	10 -4
Численность, чел.
Персонал	7 368	7 368
Население	1 365 132	1 365 132
Коллективная доза, чел.Чв
Персонал	740	7, 4 · 10-2
Население	2090	0,48
Ущерб, млн руб.
Персонал	22,2	2, 2 · 10-2
Население	627	0,14

Т а б л и ц а 4

Пример показателей социально-экономического риска от возможных аварий на Ростовской атомной электростанции

Показатель	Авария
	Запроектная — наиболее опасный сценарий	Проектная — наиболее вероятный сценарий
Частота, 1/год	3, 8 · 10-8	5, 6 · 10-5
Численность, чел.
Персонал	1 620	1 620
Население	323 823	323 823
Коллективная доза, чел.Чв
Персонал	40	1, 1 · 10-2
Население	234	0,21
Ущерб, млн руб.
Персонал	12	3, 0 · 10-3
Население	70	0,064

Обобщенная оценка риска отражает состояние промышленной безопасности при возможных авариях с указанием интегрального индивидуального риска гибели персонала атомной электростанции (группа А) и производственной площадки атомной электростанции (группа Б), а также состояние безопасности отдельных лиц из населения и коллективный риск гибели людей вследствие аварий.

Разработанная система методик оценки показателей риска может быть использована для управления рисками промышленных объектов Госкорпорации «Росатом», а также в других областях промышленности.