Разработка автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и отходами объектов ядерной энергетики
На правах рукописи
Храмов Алексей Владимирович РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ И ОТХОДАМИ ОБЪЕКТОВ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Специальность 05.26.02 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (энергетика)»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2012 г.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования "Санкт Петербургский государственный политехнический университет" на кафедре "Управление и защита в чрезвычайных ситуациях"
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Гуменюк Василий Иванович
Официальные оппоненты:
Симановский Юрий Михайлович, доктор технических наук, старший науч ный сотрудник, ГИ «ВНИПИЭТ», начальник лаборатории;
Таиров Таир Надирович, кандидат технических наук, профессор, Санкт Петербургский филиал НОУ ДПО «ЦИПК», директор.
Ведущая организация – ФГУП «НПО Радиевый институт имени В.Г. Хло пина», Санкт-Петербург.
Защита состоится «24» апреля 2012 г.в 18:00 на заседании диссертационно го совета Д 212.229.04 в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу:
195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, в аудитории 411 ПГК
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический уни верситет».
Автореферат разослан «23» марта 2012 г.
Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в двух экземплярах просим направить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря дис сертационного совета.
Факс: (812)-710- E-mail: [email protected]
Ученый секретарь диссертационного совета Григорьев К.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Важнейшей задачей обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях является снижение рисков возникновения чрезвычайной ситуации и уменьше ние возможных негативных последствий в случае несанкционированного обо рота радиоактивных веществ и отходов. Актуальность выбранного исследова ния определяется необходимостью совершенствования системы прогнозирова ния и мониторинга чрезвычайных ситуаций при обращении c радиоактивными веществами и отходами, которые имеются в большом количестве на объектах ядерной энергетики. Современные средства защиты опасных объектов недоста точно эффективны против антропогенных и природных факторов воздействия, как показал опыт аварии на японской АЭС в Фукусима. Можно выделить це лый ряд природных и техногенных факторов, абсолютная защита от которых по меньшей мере проблематична, особенно землетрясение, цунами и другие.
Разработка автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и отхо дами объектов ядерной энергетики может служить основой мониторинга обо рота радиоактивных веществ и отходов, прогнозирования последствий техно генных опасностей, определения рисков возникновения чрезвычайных ситуа ций, их последствий и оценки ущерба в Единой государственной системе пре дупреждения чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Целью работы является разработка автоматизированной системы монито ринга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоак тивными веществами и отходами объектов ядерной энергетики для повышения защищённости населения и окружающей среды.
Научная задача работы. На основе математической статистики и теории реляционных баз данных разработать научно-методический аппарат информа ционного обеспечения учёта и контроля радиоактивных веществ и отходов в системе мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций.
Объект исследования. Мониторинг и прогнозирование как система наблюдения, учёта, первичного анализа и оценки при обороте радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на объектах ядерной энергетики.
Предмет исследования. Закономерности, раскрывающие зависимости безопасного оборота радиоактивных веществ и радиоактивных отходов, оценки вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций.
Метод исследования. Математические методы алгебры логики, теории ре ляционных баз данных, теории вероятностей, теории аэрогидродинамики.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработаны алгоритмы и программные средства обработки инфор мации в автоматизированной системе мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными вещества ми и отходами объектов ядерной энергетики.
2. Выявлены взаимосвязь и различие информации из разных форм отчет ности, предназначенных для учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в системе прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций.
3. Разработаны методики оценки радиационных рисков для объектов энергетики в автоматизированной системе прогнозирования и монито ринга чрезвычайных ситуаций.
4. Доказана необходимость наличия территориальных информационно аналитических центров для отраслей, имеющих большое количество объектов учета в системе прогнозирования и мониторинга чрезвычай ных ситуаций.
Практическая ценность работы. Разработка автоматизированной системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций путём строгого учета и контроля ядерных материалов, радиоактивных веществ и радиоактивных от ходов является не только задачей установления факта наличия и/или отсутст вия, но и неотъемлемой составной частью обеспечения безопасности в чрезвы чайных ситуациях, в связи с этим данная задача рассматривается комплексно в техническом, организационном и информационном аспектах.
Проведенный системный анализ информационных потоков и выявление взаимосвязей различных форм отчетности по учёту и контролю радиоактивных веществ и радиоактивных отходов позволили разработать эффективную ин формационную систему на базе современных компьютерных технологий с мно гоступенчатым контролем обрабатываемой информации об образовании, пере мещении, накоплении и переработке радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в Единой государственной системе предупреждения чрезвычайных си туаций (РСЧС).
Созданная методика оценки радиационных рисков для объектов ядерной энергетики позволяет вырабатывать научно обоснованные рекомендации по со вершенствованию системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайных си туаций.
Научные результаты диссертации вносят существенный вклад в теорию и практику прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций путем соз дания информационной системы наблюдения, контроля и учета объектов, ис пользуемых в ядерной энергетике и обладающих качествами, потенциально опасными для здоровья людей и окружающей экологической обстановки с це лью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций.
Результаты диссертации могут быть использованы для совершенствования системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций, элементы которой могут быть предложены для территориальных подсистем и для единой общегосударственной автоматизированной системы учета и контроля радиоак тивных веществ и радиоактивных отходов Научные выводы и результаты могут найти применение и получить даль нейшее развитие как в органах исполнительной власти, так непосредственно и на предприятиях, обладающих радиоактивными веществами и радиоактивными отходами.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследова ния внедрены в процессе выполнения научно-исследовательской работы «Раз работка и внедрение аппаратно-программного комплекса ведомственного ин формационно-аналитического центра по наличию и перемещению радиоактив ных веществ, радиоактивных отходов и ядерных материалов на предприятиях и в организациях российской судовой ядерной энергетики» в 2002-2005 годах.
На основе данной НИР в настоящее время выполняется опытно конструкторская разработка «Внедрение аппаратно-программного комплекса ведомственного информационно-аналитического центра по наличию и переме щению радиоактивных веществ, радиоактивных отходов и ядерных материалов на предприятиях и организациях".
Достоверность полученных результатов доказывается:
• проверкой нормативной базы по вопросам учета и контроля радиоак тивных веществ и радиоактивных отходов на федеральном и ведомст венном уровнях в рамках системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций;
• тестированием программ, предназначенных для территориального учёта и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на предприятиях ядерной энергетики;
• проверкой соответствия методики оценки рисков общепринятым ме тодикам, адаптированным для конкретных технологических процес сов на конкретных объектах энергетики.
Положения и результаты, полученные лично автором и выносимые на защиту 1. Автоматизированная система мониторинга и прогнозирования чрезвы чайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и от ходами объектов ядерной энергетики в Единой государственной систе ме прогнозирования чрезвычайных ситуаций.
2. Методика оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций для объектов энергетики при обращении с радиоактивными веществами и отходами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и об суждались на Международной конференции «Региональная информатика- РИ-2004», Санкт-Петербург, 22-24 июня 2004г, Межрегиональной конференции «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2005)», Санкт Петербург, 14-16 июня 2005г, Международной научно-технической конферен ции «Экологические проблемы утилизации атомных подводных лодок», Влади восток, 19-25 сентября 2002 г, Всероссийском семинаре-совещании «Система государственного учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов», Санкт-Петербург, 5-8 июля 2004 г, научно-практической конферен ции "Безопасность в чрезвычайных ситуациях", 27-29 апреля 2011г.
Публикации по теме диссертации. По результатам выполненных иссле дований опубликовано 14 печатных работ, три из них в издании, рекомендо ванном ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации составляет 154 страниц, 32 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 74 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель, объект и предмет диссертационного исследования, отражаются решенные задачи, научная новизна работы и ее практическая значимость. Приводится структура диссертаци онной работы.
Первая глава посвящена вопросам прогнозирования и мониторинга чрез вычайных ситуаций при обороте радиоактивных веществ и отходов. Показана необходимость системы строгого учёта радиоактивных веществ и отходов как важнейшей составной части системы прогнозирования и мониторинга на объ ектах ядерной энергетики. Автором рассмотрено современное состояние ин формационной базы мониторинга радиоактивных веществ и радиоактивных от ходов. Построение рыночной экономики привело к необходимости разработки новых принципов организации системы прогнозирования и мониторинга чрез вычайных ситуаций, а возникновение и рост международного терроризма по требовало ужесточения контроля за оборотом радиоактивных веществ и радио активных отходов. В работе обосновывается необходимость системного подхо да при создании информационной базы мониторинга радиоактивных веществ и радиоактивных отходов.
На рисунке 1 приведена общая схема системы прогнозирования и монито ринга чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и отходами, включающая блок учета и контроля как подсистему мониторинга и блок прогнозирования рисков, определение последствий и сценариев реагиро вания.
Мониторинг чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными ве ществами и радиоактивными отходами это система регулярных наблюдений за возможным развитием неблагоприятных и опасных событий, а также фактора ми, обуславливающими их формирование и развитие, проводимых по опреде лённой программе, выполняемых с целью своевременной разработки и прове дения мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций, связанных с этими явлениями и процессами, или наносимого под их воздействием ущерба.
Прогнозированием (прогнозом) называется определение качественных и ко личественных характеристик ожидаемой обстановки на основе принятых мате матических моделей Основным методом обеспечения безопасности населения на современном этапе должен быть метод управления рисками, предполагающий комплексный подход к проблеме, рассматривающий научно-технический, информационный, социальный аспекты. В данной главе в рамках системы прогнозирования и мо ниторинга чрезвычайных ситуаций обосновывается выбор научно-технической и информационной составляющих метода управления рисками как определяю щих при создании современной системы мониторинга радиоактивных веществ и радиоактивных отходов.
Рисунок 1. Общая схема системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайных си туаций при обращении с радиоактивными веществами и отходами Учет и контроль радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в систе ме прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций позволяет не толь ко избежать несанкционированного использования радиоактивных веществ, но и прогнозировать радиационную обстановку на объектах энергетики при воз никновении аварийных ситуаций. Приведены примеры оценочных расчетов возможного ущерба от несанкционированного использования радиоактивных веществ и радиоактивных отходов. Показано, что возможный ущерб от несанк ционированного использования одного только источника (радиоактивное веще ство) в местах постоянного пребывания людей составит около 3,5 млн. рублей.
Автором показано, что в системе прогнозирования и мониторинга чрезвычай ных ситуаций обеспечение точного и оперативного учета радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на объектах энергетики возможно только путем создания компьютерной системы учета. Современная компьютерная система учета должна опираться на сеть информационно-аналитических центров территориального зна чения, во главе которых стоит Федеральный Информационно-аналитический центр Госкорпорации Росатом (ФИАЦ).
Общая схема, описывающая реализацию опасностей на объектах энергетики, приведена на рисунке 2.
При обеспечении безопасности объектов энергетики необходимо рассматривать следующие их свойства.
Надежность (безотказность) — свойство сохранения работоспособности при случайных отказах отдельных или групп элементов и их восстановления на опреде ленном времени функционирования в нормальных (заданных) условиях эксплуата ции.
Стойкость (условная живучесть) — свойство сохранения работоспособности при случайных поражениях её элементов вследствие воздействия достоверно воз никающих поражающих факторов (ПФ), таких как удары, взрывы, пожары и пр.
Живучесть (полная безусловная живучесть) — свойство сохранения работоспо собности системы при случайных поражениях её элементов вследствие случайного (недостоверного) воздействия ПФ (удар, взрыв, пожар и т.п.). При этом надежность является абсолютной.
Устойчивость — комплексное свойство сохранения работоспособности, опре деляемое различными совместными комбинациями свойств её структурной надеж ности, стойкости и живучести.
Безопасность — это свойство противостоять появлению аварийной ситуации при функционировании технической системы (свойство системы функционировать, не переходя в опасное состояние).
Исходя из общей схемы, описывающей реализацию источников опасности на объектах энергетики все методы обеспечения безопасности можно разделить на следующие группы:
методы уменьшения опасности источников негативного воздействия;
методы, направленные на снижение угроз;
методы, направленные на уменьшение уязвимости объектов воздействия (населения, окружающей среды);
методы, направленные на уменьшения риска.
Метод уменьшения опасности источников негативного воздействия заключает ся в разработке мероприятий по предотвращению возникновения аварий и возмож ных аварийных ситуаций (апробированная инженерно-техническая практика, обес печение качества работ по созданию объектов энергетики).
Рисунок 2 Схема, описывающая реализацию источников опасности на объектах энергетики.
Снижение угроз заключается в использовании систем безопасности, обеспечи вающих переход системы (объекта в безопасное состояние) при возникновении аварийных ситуаций.
Основной задачей уменьшения уязвимости объектов воздействия заключается в исследовании и разработке мероприятий по снижению негативного воздействия ис точников опасности на население и окружающую среду.
Снижение риска достигается в первую очередь за счет снижение (ослабления) возможных последствий при авариях на объектах энергетики.
Реализация указанных методов может осуществляться при проектировании, из готовлении и в процессе эксплуатации объектов энергетики.
Рассмотрены особенности применения контрольно-измерительной аппара туры в системах учета радиоактивных веществ и радиоактивных отходов. Пока зана необходимость развития базы средств измерения в сторону повышения ав томатизации измерений, компьютеризации обработки данных и контроля каче ства измерений.
Существующая система технических и организационных мер защиты объек тов ядерной энергетики должна содержать пять уровней глубоко эшелониро ванной защиты и включает следующие уровни, которые отображены в виде схемы на рисунке 3.
Рисунок 3 Уровни защиты объектов энергетики Рисунок 4 Схема компонент второго уровня защиты Место системы учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов определяется вторым уровнем защиты. На Рисунок 4 показана схема составляющих этого уровня защиты.
Вторая глава посвящена разработке автоматизированной системы монито ринга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоак тивными веществами и отходами объектов ядерной энергетики в Единой госу дарственной системе прогнозирования чрезвычайных ситуаций.
Автоматизированная система имеет ряд преимуществ по сравнению с тра диционной бумажной: высокая производительность;
достоверность данных (контроль ввода данных системой);
сохранность информации;
удобство пользо вания. Автором предложена модель автоматизированной системы мониторинга при обращении с радиоактивными веществами и отходами, которая включает организационную структуру, общую модель системы, комплекс технических средств, методы наблюдения и обработки данных, анализа ситуаций и прогно зирования, информационную подсистему.
В работе особое внимание уделено информационной подсистеме монито ринга радиоактивных веществ и отходов.
Контроль ввода данных системой снимает требование высокой квалифика ции к младшему обслуживающему персоналу (операторы и т.д.).
Разработка такой системы начинается с создания правовой базы, включаю щей ведомственные нормативные документы, обязательные для предприятий отрасли, такие, как «Положение о функционировании информационно аналитического центра», «типовое положение по учету и контролю радиоак тивных веществ и радиоактивных отходов», «типовое положение по учету и контролю ядерных материалов», «инструкция по учету отработавшего ядерного топлива». В этих положениях оговаривается регламент представления инфор мации от предприятий в вышестоящие инстанции, формы представления отчет ности и сроки. Следует отметить, что для ядерных материалов военного назна чения до сих пор отсутствуют правовые нормы и формы отчетности. В рамках данного исследования впервые разработаны ведомственные документы для учета и контроля подобных объектов.
На основе изучения информационных потоков разработана информационная база, включающая в себя комплекс взаимодействующих компьютерных банков данных. Автором выявлены взаимосвязь и различие информации из разных форм отчетности.
Исходя из форм государственного статистического наблюдения, были разработаны состав и структура базы данных. В состав базы данных входит таблиц. 12 таблиц содержат данные отчетных форм (основные таблицы):
1. Сведения об организациях.
2. Наличие открытых РНИ.
3. Наличие закрытых РНИ.
4. Образование РАО.
5. Переработка РАО на установках.
6. Размещение РАО и их наличие.
7. Радионуклиды в атмосфере.
8. Радионуклиды в сточных водах.
9. Уровень радиоактивности подземных вод.
10. Территории загрязненные РН.
11. Мероприятия по снижению воздействия на окружающую среду.
12. Лицензии.
Предприятие Предприятие Прогнозирование чрезвычайных Инвентаризация ситуаций БД Единый Запросы Провер Статотчетность ка, обра- ный БД ботка Банк Отчеты, Данных справки Информация по предприятиям Оперативная информация БД ФИАЦ Запрос на Росатома предприятие Рисунок 5. Структурная схема информационной базы по учёту и контролю радиоактивных веществ и отходов Остальные 14 таблиц – таблицы вспомогательных справочников. Спра вочные таблицы используются как для внутренних расчетов, так и для подста новки значений при вводе данных.
По всем единицам хранения ведется учет их массогабаритных характери стик в абсолютных величинах, активность и радионуклидный состав учитыва ются по правилам Государственной системы учёта и контроля с использовани ем кодировочных таблиц в рамках Единой государственной системы преду преждения чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Разработка программного комплекса поддержки автоматизированной ин формационной системы включает в себя разработку структуры хранения дан ных на базе системы управления реляционными базами данных, интерфейса пользователя в виде набора экранных форм, блока выдачи справок по запросу пользователя.
На рисунке 6 представлена реляционная схема базы данных приложения «Статотчётность».
Разработанная автоматизированная система мониторинга и прогнозирова ния чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и отходами состоит из двух подсистем "Предприятие" и "ВИАЦ". Подсистема "Предприятие" предназначена для первичного учета объектов на предприятии, выдачи форм государственной статистической отчетности 2-тп "радиоактивные вещества" и 2-тп "радиоактивность", передачи информации в подсистему "ВИ АЦ". Подсистема "ВИАЦ" предназначена для сбора информации с территори ально подчиненных предприятий, проверок полученных данных, анализа си туации с оборотом радиоактивных веществ и отходов, то есть собственно мо ниторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций.
Рисунок 6. Реляционная схема базы данных программного приложения «Статотчетность» Рисунок 7. Вид главного экрана программного приложения «Статотчетность» для предприятий Рисунок 8. Окно для ввода кода РАО, ОЯТ Для обеспечения бумажного документооборота согласно нормативным до кументам система дополнена программным пакетом "Оперативная отчетность" сторонних разработчиков. На рисунке 7 представлен вид главного экрана про граммного приложения «Статотчетность» для предприятий. На рисунке 8 пред ставлен вид окна для ввода кода радиоактивных (РАО, ОЯТ).
Автором показана неизбежность использования смешанного электронно бумажного документооборота на современном этапе и пути перехода на полно стью электронный документооборот в рамках Единой государственной системы предупреждения чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Третья глава посвящена разработке методики оценки рисков возникнове ния чрезвычайной ситуации для объектов энергетики при обращении с радио активными веществами и отходами. В главе приведены критерии оценки небла гоприятных последствий аварий. Рассмотрены различные виды аварий: проект ная, запроектная. Приведены примеры расчета вероятности проектных аварий, радиационного риска.
Понятие опасности является системообразующим понятием предметной об ласти. Опасность существует только в системе, включающей как минимум два элемента: источник и реципиент при совпадении факторов пространства и вре мени. Если объект-источник, либо зона его опасности затрагивают объект реципиент или зону его интересов (жизненное пространство), происходит ак туализация опасности. По временному характеру воздействия опасность может быть внезапной, периодически или постоянно действующей (рисунок 9).
Для выявления оценки радиационной безопасности используются методы прогнозирования и оценки фактической обстановки.
Прогнозированием (прогнозом определяются качественные и количествен ные характеристики ожидаемой обстановки на основе принятых математиче ских моделей.
Исходя из вышеизложенного, определяется, что заключение о предстоящем развитии и исходе неблагоприятных и опасных событий производится на осно вании данных о состоянии, массогабаритных характеристик, активности и ра дионуклидного состава, местоположения (координаты, вид хранилища), нали чия лицензии на обращение с радиоактивными веществами и радиоактивными отходами Объект-источник (РВ или РАО) Зона опасности Зона риска Вектор опасности Объект-реципиент (человек, окружающая среда) Область интересов Рисунок 9 Схема возникновения опасности и формирования риска Прогнозирование чрезвычайных ситуаций находится в глубокой взаимосвя зи с мониторингом, поскольку данные мониторинга и другая информация об объектах, явлениях и процессах служат основой для прогнозирования чрезвы чайных ситуаций и их последствий.
В качестве примера рассмотрено несанкционированное использование 10 м неучтенных жидких радиоактивных отходов. На предприятиях ядерной энерге тики в процессе производственной деятельности обычно образуются низко- и среднеактивные жидкие радиоактивные отходы (средняя активность А = 108 Бк/м3, основной радионуклид Cs-137). Радиоактивное заражение территории может составить 200 – 400 м2 при разливе или подрыве цистерны с жидкими радиоактивными отходами, то есть минимальный уровень загрязнения составит 2,5*106 Бк/м2. Только стоимость утилизации отходов (поверхностный слой грунта толщиной 15 см) составляет при цене 9000 руб/м3 величину равную 270 540 тыс. рублей + стоимость площадки. Учет стоимости дезактивации и затрат на возможные выплаты населению или персоналу увеличивают расходы по крайней мере в два раза. Все остальные вышеперечисленные факторы, включая последствия радиационного воздействия и психологический эффект на персо нал и население, сложно оценить и в данной работе они не рассматриваются.
Предложенная система сбора данных обеспечит руководителей всех уров ней полной и достоверной информацией о наличии радиационно-опасных объ ектов, а система аналитической обработки данных позволит оценить вероят ность потенциальной аварии, определить возможный ущерб и заблаговременно принять экономически обоснованные превентивные защитные меры.
Разработка методики оценки рисков возникновения чрезвычайной ситуации основана на современных вероятностных математических моделях с использо ванием данных от объекта энергетики.
Блок ввода данных с предприятия предполагает полуавтоматический кон троль с участием аналитика информационно-аналитического центра. Условия проверки заключаются в совпадении присланных новых отчетных данных с предыдущими с учетом оперативной информации по изменению состояния ра диоактивных веществ и радиоактивных отходов за год. Общие схемы алгорит мов определения рисков приведены на рисунках 10 и 11.
Рисунок 10. Общая схема алгоритма определения рисков Определение рисков основано на категорировании закрытых радионуклид ных источников (открытые источники сейчас почти не применяются в про мышленности) и твердых и жидких радиоактивных отходов по их потенциаль ной опасности. Основными параметрами выступают удельная активность и масса объекта учета. На рисунке 12 приведена блок-схема определения рисков для закрытых радиоактивных источников, поскольку они более подвержены рискам возникновения чрезвычайной ситуации, являясь элементом действую щего прибора или устройства. При категорировании источника учитывается также и состав изотопов.
Для радиоактивных отходов категорирование проводится по радиоактивно сти, так как обычно отходы отправляются в специальные хранилища.
Для расчёта вероятной дозы облучения при воздушном выбросе радиоак тивных отходов используется методика, основанная на гауссовой модели рас пределения вероятности. Тогда мощность дозы облучения определяется сле дующей формулой:
(1 + kr) exp(r) D( x, y, z, t ) = 0,0404a E ( x, y, z, t ) 2r 2 sinddr, (1) r где r2 = x2 + y2 + z2 – расстояние от источника излучения до точки наблюдения;
E, a, k – энергетические характеристики источника излучения:
E - средняя энергия гамма-излучения, МэВ;
a – массовый коэффициент ослабления гамма-излучения средней энергии E в среде (для приведенной формулы – в атмосфере), см2/г;
k – фактор накопления (кратность превышения характеристик поля нерассеян ного и рассеянного гамма-излучения над характеристиками нерассеянного поля гамма-излучения).
(x,y,z,t) – плотность концентрации выброса, (Бк/м3 или Ки/м3).
Выражения для плотности концентрации активности в общем случае имеет вид:
(h + z ) 2 ( h z ) Q ( x, y, z.t ) = + exp exp (2 ) 2 x y z 2 z 2 z 3 2 y 2 ( x ut ) exp 2 exp 2 y 2 x (2) где x, y, z, - мгновенные средние параметры дисперсии по направлениям x, y, z соответственно за период 15 – 20 минут излучения;
Q – общая активность источника излучения;
u – средняя приведённая скорость ветра;
h – возвышение источника;
z – возвышение точки наблюдения.
Рисунок 11 Типовой сценарий возникновения техногенной чрезвычайной ситуации при повреждении или разрушении радиационно опасного производ ственного элемента Рисунок 12. Схема алгоритма определения рисков для закрытых радиоак тивных источников по их воздействию на различные объекты Риск аварии – мера опасности, характеризующая возможность возникнове ния аварии на опасном производственном объекте и тяжесть ее последствий.
Основным количественными показателем риска аварии является, в том числе, и ожидаемый ущерб – математическое ожидание величины ущерба от возможной аварии, за определенное время.
В общем случае потери в производственной и непроизводственной сфере жизнедеятельности человека и вред окружающей природной среде проявляют ся не только в результате аварии, но и при штатной эксплуатации радиационно опасных объектов. Поэтому полный риск R эксплуатации опасных производст венных объектов количественно может быть оценен математическим ожидани ем ущерба Y при функционировании объекта:
(3) R=M[Y] Для более подробного раскрытия наиболее значимых составляющих полно го риска R эксплуатации радиационно-опасных объектов и установления меры опасности причинения экологического вреда человеку и природе определим событие Вk как причинение k-го вреда человеку и окружающей природной сре де. Тогда формулу (3) можно представить как:
(4) где P(Bk) – вероятность события Вk.
yk – вред человеку (природе).
Событие причинения k-го вреда человеку и окружающей природной среде при аварии на радиационно-опасном объекте определяется как:
Bk = ACk, (5) где событие А – авария на объекте;
событие Сk – реализация аварии по k-му сценарию.
Так как события А и Сk являются совместными, то искомая вероятность со бытия, связанного с причинение k-го вреда yk человеку и окружающей природ ной среде при аварии на радиационно-опасном объекте определяется как:
P(Bk) = P(ACk) = P(A)P(CkA), (6) Подставив выражение (6) в формулу (4), получим для риска аварии Ra:
n n Ra = P(A)P(Ck|A)y = [P(A)]*[ P(Ck|A)y ] (7) k k k =1 k = Первый член произведения в выражении (7) описывает причинные состав ляющие риска аварий Ra, а второй член – ожидаемые последствия аварии.
Оценка причинных составляющих в риске аварии проводилась с использо ванием статистических данных по аварийности, методов анализа «дерева отка за» и имитационного моделирования происшествия.
Анализ данных показал, что, согласно данным вероятности радиационных аварий, связанные с тяжелым повреждением транспортного средства, дают сле дующие величины (вероятности берутся из анализа статистики и литературных данных):
Pж/д(A) ~ 1,8*10-8 (год*км)-1 –тяжелая железнодорожная авария с разрушени ем спецвагона;
Pст(A) ~ 5*10-5 (год)-1 – авария, связанная со столкновением судна с другим;
Pмель(A) ~ 3*10-4 (год)-1 – посадка судна на мель.
Математическое ожидание количества аварий за определенный период вре мени и определенную протяженность маршрута может быть рассчитано как произведение указанной вероятности, периода времени и протяженности мар шрута. Расчеты показывают следующее:
Pж/д = 2*10-6 (транспортирование из Мурманска на ПО «Маяк» по железной дороге);
Pст = 2,1*10-6 (столкновение судов при транспортировании по воде) Pмель = 1,2*10-5 (посадка судна на мель при транспортировании по воде) При тяжелой железнодорожной аварии происходит падение транспортного контейнера, при этом упаковка не разгерметизируется, разгерметизируются лишь оболочки тепловыделяющих элементов, находящихся в контейнере, в ре зультате чего возможен выход газообразных продуктов деления, в частности – Kr – до 0,925*1010 Бк в неделю. При этом мощность эквивалентной дозы мо жет составить 7,0*10-3 мЗв/ч, полная доза за год 10 мЗв. Согласно шкале INES подобное событие может относиться ко 2-му или 3-му уровню.
В заключении кратко сформулированы основные результаты диссерта ционной работы, которые сводятся к следующему:
1. В работе доказано, что учет и контроль ядерных материалов, радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в рамках Единой государственной системы предупреждения чрезвычайных ситуаций (РСЧС)является неотъемлемой составной частью проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях, и должен рассматриваться как совокупность организационно-технических мероприятий при информационном обеспечении современными компьютерными технологиями.
2. Впервые проведено комплексное системное исследование в рамках прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций при обращении с радиоактивными веществами и отходами нормативно-правовой базы, включая ведомственные нормы и правила, действующие на предприятиях Росатома. Установлена ее недостаточность и внутренняя противоречивость, определена необходимость изменения структуры и содержания ведомственных нормативных документов.
3. Автором предложена современная автоматизированная система прогно зирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций при обращении с ра диоактивными веществами и отходами. Эта система состоит из масшта бируемого комплекса программ, включающего серверную и клиентскую части. Клиентские части, устанавливаемые на предприятиях, оснащены необходимыми системами контроля вводимой информации. Серверные части программного обеспечения предназначены для информационно аналитических центров и оснащены средствами контроля движения ин формации и проведения оценочных расчетов радиационных рисков. Дан ная система внедряется в настоящее время на промышленных предпри ятиях.
4. Автором предложена методика оценки рисков возникновения чрезвы чайных ситуаций для объектов энергетики при обращении с радиоактив ными веществами и отходами.
Полученные в диссертационной работе результаты отвечают требованиям новизны, теоретической и практической значимости. Их обоснованность и дос товерность подтверждена практической реализацией на российских объектах энергетики.
Основные материалы данной диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Храмов А.В. Проблемы учета отработанного ядерного топлива (ОЯТ) транспортных установок / В.И. Гуменюк, А.В. Храмов // Научно технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 4 (110).- С. 241-245.
2. Храмов А.В. Критерии оценки неблагоприятных последствий радиа ционных аварий / А.А. Сыров, А.В. Храмов // Научно-технические ведомо сти СПбГПУ. 2010. № 4 (110).- С. 246-249.
3. Храмов А.В. Требования к системам измерения характеристик ра диоактивных веществ и радиоактивных отходов / С.Н. Брыкин, В.И. Тар ханов, В.В. Петухов, А.В. Храмов // Научное приборостроение. 2008. Том 20.
№ 1.- С. 72-75.
4. Храмов А.В. Проблемы обеспечения информационной безопасности в учете радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на предприятиях рос сийской промышленности / А.В. Храмов // Материалы конференции «Инфор мационная безопасность регионов России (ИБРР-2005)», Санкт-Петербург, 2005.- С. 161-162.
5. Храмов А.В. Разработка программного обеспечения для ведомственного центра по учету и контролю радиоактивных веществ и радиоактивных отходов / А.В. Храмов, В.В. Петухов // Труды конференции «Региональная информатика – 2004 (РИ-2004)», Санкт-Петербург, 2004.- С. 348-352.
6. Храмов А.В. Организация системы государственного учета радиоактив ных веществ и отходов на ведомственном и региональном уровнях / В.В. Пету хов, А.В. Храмов // Управленческое консультирование. 2005. № 3.- С. 96-105.
7. Храмов А.В. Роль ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» в создании ведомст венной системы учета и контроля ядерных материалов, радиоактивных веществ и радиоактивных отходов / Г.Д. Никишин, В.В. Петухов., А.В. Храмов // Меж дународная научно-техническая конференция «Экологические проблемы ути лизации атомных подводных лодок», Владивосток, 19–25 сентября 2002 г. Те зисы докладов.- С. 130- 8. Храмов А.В. Ведомственная система учета и контроля РВ и РАО на предприятиях судостроительной промышленности / В.В. Петухов, А.В. Храмов // Всероссийский семинар-совещание «Система государственного учета и кон троля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов», Санкт-Петербург, 5- июля 2004 г.: Труды.- С. 71- 9. Храмов А.В. Проблемы использования измерительной аппаратуры в уче те ядерных материалов, радиоактивных веществ и радиоактивных отходов / В.И. Тарханов, В.В. Петухов, А.В. Храмов // Научное приборостроение. 2007.
Том 17. № 2.- С. 67-71.
10. Храмов А.В. Оценка риска при транспортировании отработавшего ядер ного топлива / А.В. Храмов // Сборник научных трудов научно-практической конференции «Безопасность в чрезвычайных ситуациях». СПб.: Изд-во Поли техн. ун-та, 2011.- С. 336–341.
11. Храмов А.В. Механизм влияния естественных и техногенных электро магнитных полей на безопасность жизнедеятельности / М.Н. Тихонов, А.В.
Храмов, А.Ю. Туманов // Сборник научных трудов научно-практической кон ференции «Безопасность в чрезвычайных ситуациях». СПб.: Изд-во Политехн.
ун-та, 2011.- С. 165-186.
12. Храмов А.В., Социальная безопасность малых доз ионизирующих излу чений, / М.Н. Тихонов, В.И. Гуменюк, Н.С. Хлобыстин, А.В. Храмов // Сборник научных трудов научно-практической конференции «Безопасность в чрезвы чайных ситуациях». СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.- С. 186-193.
13. Храмов А.В. Принципы функционирования программного комплекса ведомственного информационно-аналитического центра учёта радиоактивных веществ и радиоактивных отходов / М.Ю. Базлов, В.В. Петухов, А.В. Храмов // «Прометей». Итоги года 2002-2003, http://www.crism prometey.ru/Rus/editions/PDF/PDF_year_results_2003/nio_14.pdf 14. Храмов А.В. Банк данных первичной инвентаризации радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на предприятиях Российского агентства по судостроению / А.В. Храмов, В.В. Петухов // «Прометей». Итоги года 2002 2003, http://www.crism-prometey.ru/Rus/editions/PDF/PDF_year_results_2003/nio_14.pdf