18.6.2 Evoluție posibilă în metodele de evaluare a siguranței (erori și limite în evaluările de probabilitate) și în criteriile de siguranță
Probabilitatea unui eveniment rar poate să fi fost subevaluată în mod greșit din lipsă de informații. Mai mult decât atât, chiar dacă probabilitatea unui eveniment rar este evaluată corect, iar timpul de revenire a evenimentului este lung (de exemplu, 1000 de ani pentru o probabilitate de o dată la 1000 de ani), de obicei, majoritatea oamenilor cred că, în orice caz, va trece mult timp înainte ca evenimentul să se producă. Există un fel de fenomen psihologic, care ar putea fi numit „iluzia mirajului inversat” (ceea ce poate fi foarte aproape este perceput ca fiind foarte departe), prin care evenimentele cu timp de revenire foarte lung sunt percepute ca fiind situate în viitorul îndepărtat. În realitate, definiția probabilității (raportul dintre un tip de eveniment și totalul evenimentelor posibile de orice tip) nu include nicio referire la distanța în timp viitor a evenimentului a cărui probabilitate este calculată, iar probabilitatea evaluată, repet, este întotdeauna o probabilitate medie pe mai mulți timpi de întoarcere (Moroney, 1951). Numai într-un interval de timp care este foarte lung în raport cu timpul de întoarcere evaluat, intervalul dintre două evenimente succesive va tinde să fie „în medie” apropiat de timpul de întoarcere evaluat. Acest lucru înseamnă că un eveniment care are un timp de revenire de 1000 de ani poate avea loc și anul viitor. Ceva de genul acesta trebuie să se fi întâmplat în cazul tsunami-ului de la Fukushima.
În mod similar, este bine cunoscut faptul că în jocul „cap sau pajură” se poate întâmpla o serie, de exemplu, de pajuri în loc de o alternanță regulată de apariție a „capului” și a „pajurii”.”
Timpurile de revenire evaluate ale evenimentelor rare sunt o valoare „medie” în timpuri foarte lungi. Dimpotrivă, momentul în care evenimentul se va întâmpla este un produs al șansei sau al ghinionului/bunului. Evenimentele întâmplătoare, produs al întâmplării, sunt definite de mulți experți ca fiind acele evenimente ale căror baze nu le cunoaștem. Desigur, conform acestei linii de gândire, există cauze pentru ca un eveniment rar să se întâmple mai devreme sau mai târziu, dar aceste cauze sunt frecvent necunoscute.
Dacă ne uităm la acțiunea de a alege o monedă într-o cutie de monede, putem considera că, pentru o extragere oarbă a unei monede, rezultatul „cap sau coadă” va fi întâmplător. Cu toate acestea, dacă se cunosc condițiile inițiale ale operațiunii (de exemplu, poziția monedelor și poziția mâinii), împreună cu viteza și direcția mișcării mâinii și regulile urmate pentru alegerea monedei din cutie (de exemplu, prima monedă atinsă de mână este luată fără a o întoarce), rezultatul extragerii ar putea fi evaluat cu precizie. Adevărul este că, în operațiunea descrisă adineauri, în majoritatea cazurilor, toate aceste date nu sunt cunoscute, iar rezultatul trebuie considerat „întâmplător” din cauza ignoranței noastre. „Întâmplarea” este marele factor misterios al evenimentelor viitoare, împreună cu probabilitatea lor.
Filosoful englez John Locke spunea că oamenii nu iau decizii la soarele cunoașterii depline, ci în crepusculul probabilității. Prezența întâmplării este cauza acestei credințe.
Cu toate acestea, în încercarea de a înțelege dacă un eveniment rar se poate întâmpla într-un timp apropiat, trebuie căutată și monitorizată prezența oricărui indiciu disponibil al unui eveniment distructiv iminent. În această cercetare este foarte important intervalul de timp la care se aplică cuvântul „iminent”. De exemplu, poate fi posibil să se facă o prognoză pentru o perioadă viitoare de mulți ani (perioada de interes pentru proiectarea centralei nucleare) și, dimpotrivă, poate să nu fie posibil să se facă o prognoză pentru o perioadă viitoare de câteva zile (așa cum este de interes pentru evacuarea preventivă a populației). În acest sens, trebuie pusă întrebarea corectă experților în fenomene de interes, și anume cu specificarea corectă a perioadei de interes în viitor. Problema este, de asemenea, că, în cazul în care indicațiile menționate mai sus sunt disponibile, de multe ori nu credem în ele sau în gravitatea lor (a se vedea cazul Vajont, ca exemplu).
O altă posibilă capcană în utilizarea practică a evaluărilor de probabilitate este descrisă într-o publicație recentă a lui Nassim Nicholas Taleb, „The Black Swan” (Taleb, 2007). O Lebădă Neagră este, pe scurt, un eveniment izolat de mare impact care nu este inclus în sfera așteptărilor normale, deoarece nimic din trecut nu poate indica, cu un grad bun de plauzibilitate, posibilitatea ca acesta să se întâmple. Numele de „Lebăda Neagră” a fost ales deoarece, înainte de descoperirea Australiei, locuitorii din Lumea Veche erau convinși că toate lebedele erau albe. Profesorul Taleb indică, în continuare, existența, în lumea posibilităților, a două provincii: Mediocristanul și Extremistanul. Mediocristanul este provincia dominată de evenimente mediocre, în care niciun eveniment izolat nu poate avea un impact semnificativ asupra întregului. Curba de distribuție a probabilităților în formă de clopot, Gauss, își are fundamentul în Mediocristan. Extremistanul, dimpotrivă, este tărâmul Lebedelor Negre. Fig. 18.1 încearcă să prezinte într-o imagine un exemplu al celor două tipuri de evenimente (intensitatea evenimentelor diferă de un factor 100, LOG(100)=2).
Figura 18.1. Mediocristanul și extremistanul.
Densitățile maxime de probabilitate ale celor două provincii sunt arbitrare. Variabila ar putea fi intensitatea unui eveniment natural dăunător sau a unor evenimente de criză financiară (Prof. Taleb descrie diverse cazuri de acest tip, deoarece specializarea sa principală este Finanțele). Probabilitățile integrale aproximative (1 și 5e-11) ale celor două clase de evenimente sunt prezentate în figură.
Una dintre cele mai frecvente utilizări greșite ale distribuțiilor de probabilitate este aceea de a ignora prezența evenimentelor extremiste în afara evenimentelor distribuite într-un mod mai mult sau mai puțin regulat, cum ar fi de-a lungul unei curbe de densitate de probabilitate gaussiene sau similare.
Exemple de evenimente ignorate inițial (cel puțin parțial) în domeniul securității nucleare sunt cele enumerate la începutul secțiunii 18.6.1.
Încercând să ne imaginăm posibile evenimente catastrofale viitoare cu probabilitate foarte mică, dar totuși posibile, următoarele cazuri ar putea fi figurate ca exemple:
–
Un alt tsunami distructiv. Acest fenomen este deosebit de periculos deoarece poate porni nu numai de la un cutremur de mare magnitudine, ci și de la o alunecare de teren subacvatică sau de coastă, de la o erupție vulcanică submarină sau de la o explozie submarină de altă origine și pentru că se propagă cu o intensitate dăunătoare pe sute de kilometri sau mai mult.
–
O prăbușire voluntară sau accidentală a unui avion pe o centrală
–
Un sabotaj al sistemelor de protecție a reactorului
–
O explozie a vasului sub presiune al unui reactor sau a unui alt vas mare al centralei
–
Excursie de reactivitate datorată unui dop neborât într-un PWR în timpul unui LOCA (posibilitate bine cunoscută, pentru unele PWR-uri, pentru specialiștii în termo-hidraulică)
–
Eveniment tornadă distructiv la instalațiile semnificative din punct de vedere al securității, cum ar fi Noul Confinament de Securitate (Shelter) al Sarcofagului de la Cernobîl 4; structura, așa cum a fost descrisă public cu ani în urmă (Nuclear News, 2011 și comunicări ulterioare), este, într-adevăr, o minune a ingineriei pentru dimensiuni și construcție „ușoară” (29.000 t pe o suprafață în plan de 42.000 m2), dar este proiectată, din câte se știe, pentru o tornadă destul de mică, în timp ce, în regiunea geografică de interes, au avut loc deja tornade de intensitate mai mare (Petrangeli, 2011). Cu toate acestea, este foarte posibil ca, în ultima vreme, ancorarea structurii la sol să fi fost întărită și să fi fost instalat un sistem îmbunătățit de ventilație a interiorului adăpostului.
În această secțiune, prin „Lebedele negre” se înțeleg toate evenimentele „practic imposibile”, dar „fizic posibile”, inclusiv pe baza experienței anterioare. Aceste evenimente se încadrează, ca de exemplu evenimentul Fukushima, în afara domeniului de protecție al celor cinci niveluri actuale de apărare în profunzime. Trebuie adoptate dispoziții cu totul excepționale în cazul în care se urmărește o încercare de a elimina în continuare posibilitatea ca astfel de evenimente să se repete. Dacă spunem că un eveniment este „practic imposibil”, nu putem face abstracție de el în această încercare.
Prima cerință care pare necesară este ca, odată ce unul dintre aceste evenimente a avut loc sau a fost descoperit în istoria trecută, să se ia măsuri la toate celelalte centrale expuse pentru a rezista la el. Trebuie creat un „al șaselea nivel” de apărare în profunzime pentru a se ocupa de aceste evenimente?
Ideile pentru definirea acestui „al șaselea nivel” sunt următoarele:
–
Să încercăm să descoperim fenomenele precursoare care anunță un dezastru iminent și să le ținem sub observație (dar această metodă nu este, de obicei, suficient de precisă în ceea ce privește identificarea timpului în care se va produce fenomenul);
–
Să creăm un sistem de avertizare care să poată detecta fenomenele naturale și nenaturale deja declanșate (de ex, tsunami, cutremur, zboruri suspecte de avioane) și să ofere un anumit timp (tipic este de câteva minute până la 30 de minute) pentru a pune centrala în condiții de siguranță (dacă este posibil, având în vedere caracteristicile de proiectare ale acesteia);
–
Proiectați centrala împotriva „evenimentului maxim posibil” a cărui magnitudine poate fi, în general, mai bine definită decât distanța evenimentului în timp viitor față de prezent (de exemplu, cutremurul maxim posibil poate fi identificat prin istoria trecută și prin caracteristicile tectonice ale regiunii). 10CFR Partea 100, în prezent revizuită în 2017 (criterii seismice și geologice de amplasare pentru centralele nucleare) a fost primul set de criterii care a adoptat această poziție. Se acceptă în general că cutremurul maxim absolut din lume are o magnitudine Richter de 8,5-9; pentru zona L’Aquila, Italia, cutremurul maxim posibil ar putea fi de ordinul M=7. Desigur, costul poate fi ridicat. Cu toate acestea, amplasamentele pentru centralele nucleare sunt de obicei alese în locații cu seismicitate scăzută (de ex, Anexa 16).
Alegerea de a utiliza pentru proiectarea centralei evenimentul maxim posibil, în loc de un eveniment cu o probabilitate estimată mai mică decât o anumită cifră, ar putea fi extinsă la alte evenimente potențial dăunătoare, cum ar fi inundațiile.
În formularea noilor cerințe, totuși, trebuie amintit faptul că, pe baza experienței trecute, uneori este evidentă în comportamentul unor investitori o aversiune dominantă față de pierderile de investiții și față de cheltuielile de remediere, chiar și în prezența unor indicii clare privind iminența unei catastrofe naturale sau legate de mașini. Acest lucru a fost evident, de exemplu, în cazul Vajont (mișcarea lentă de alunecare măsurată anterior în Muntele Toc, care s-a transformat în cele din urmă într-un dezastru rapid) și în cazul Fukushima (tsunami-uri anterioare în Oceanul Indian).
O posibilitate care trebuie discutată este crearea pentru fiecare centrală nucleară sau pentru un grup de centrale nucleare a unui fond special pentru modificări periodice ale instalațiilor sau ale procedurilor ca o consecință a „lebedelor negre” la o centrală. Mai mult, întotdeauna ca un exemplu care urmează să fie discutat, acest fond ar putea fi creat prin economisirea unei sau două zile de funcționare a energiei electrice în valoare de una sau două zile pentru fiecare an de funcționare. Cifrele utilizate mai sus iau în considerare observația conform căreia se poate presupune, pe baza experienței, că o Lebădă Neagră (lista din secțiunea 18.6.1) are loc aproximativ o dată la 10 ani (Gianni Petrangeli, 2013) și că modificările de îmbunătățire a unei centrale pot necesita cheltuieli de zeci de milioane de euro sau echivalentul acestora. Această propunere înseamnă un fel de „autoasigurare”. Noi cerințe necondiționate și o schimbare de mentalitate sunt, în orice caz, necesare.
Câteva exemple de dispoziții foarte excepționale posibil necesare sunt menționate mai jos. Pot fi elaborate și alte prevederi mai bune.
Sunt conștient că aceste exemple pot fi considerate excesive și, de asemenea, contraproductive de către cineva. Soluții mai bune există cu siguranță, dar experiența mea sugerează că noile idei bune, mai ales dacă sunt costisitoare, au nevoie de timp (10-20 de ani) pentru a ieși la suprafață după o neglijență inițială (sper că nu va fi cazul în acest moment). De obicei, ele sunt încorporate în noile proiecte de instalații. Într-adevăr, o zicală curentă în industrie este că „Orice cerință nouă și bună este acceptabilă, cu excepția cazului în care modifică actuala proiectare stabilită” (intervenție auzită la un congres internațional). Această poziție este de înțeles, cu excepția cazului în care o îmbunătățire excepțională a nivelului de siguranță este cerută de dovezile disponibile, ca, cred, în momentul de față.
Primul exemplu este crearea, chiar și într-o instalație existentă sau într-o instalație în construcție, a unei noi protecții împotriva prăbușirii unui avion, a altor impacturi, a inundării sau a pierderii unei alte energii electrice de urgență. Această propunere de discuție este schițată în linii mari în Fig. 18.2 și este tratată mai pe larg în (Petrangeli, 2013).
Figura 18.2. Protecție foarte excepțională împotriva tsunami-ului, a avioanelor sau a altor tipuri de impact și a pierderii energiei electrice de urgență.
Această protecție suplimentară constă într-un cilindru de beton armat sau precomprimat care înconjoară părțile esențiale de siguranță ale unei centrale. Ca protecție împotriva unui tsunami distructiv, cilindrul ar putea avea o înălțime de 20-50 m (a se vedea Ghidul SSG-18 al AIEA, care recomandă o înălțime de referință a valurilor peste nivelul normal al mării de 50 m, în absența unor dovezi de siguranță predominante). Fig. 18.2 prezintă un cilindru cu o înălțime de 120 m (cât un coș de fum înalt al unei centrale nucleare sau al unei centrale pe bază de combustibili fosili), care acționează, de asemenea, ca protecție împotriva impactului cu un avion (dacă clădirile centralei ar fi mai bine înfipte în sol, înălțimea cilindrului ar putea fi mai mică de 120 m). Se presupune că avionul care lovește centrala va atinge centrala cu un unghi maxim cu orizontul de 30 de grade (mai mult decât unghiul excepțional de aproximativ 24 de grade atins de avionul care a lovit clădirea Pentagonului în 2001) (Ritter, 2002) și mult mai mult decât unghiul obișnuit de aterizare de 3 grade.
Partea superioară a cilindrului este acoperită de o rețea de cabluri de oțel și de o plasă mai fină, pentru a oferi protecție împotriva unei varietăți de proiectile imaginabile (drone etc.).
În partea superioară a cilindrului este amplasat un rezervor inelar segmentat rezistent la impact: acesta poate furniza apă de răcire miezului, în caz de accident, timp de mai mult de 4 zile, folosind ca forță motrice presiunea hidrostatică datorată înălțimii (sistem pasiv).
Volumul cilindrului înalt de 120 m este de aproximativ 120.000 m2, costând peste 15 milioane de euro.
În peretele cilindrului trebuie prevăzute pereți etanși mobili etanși la apă pentru deplasarea componentelor în interiorul și în afara cilindrului. Se estimează că suprafața exterioară a cilindrului, dacă este acoperită cu celule solare, ar putea furniza mai mulți Mw de energie electrică la lumina zilei. Vor fi necesare și alte sisteme auxiliare (acumulatori de energie etc.).
Forma în plan a cilindrului poate să nu fie circulară pentru a adapta structura la alte clădiri de uzină care nu sunt esențiale pentru siguranță.
Dacă se adoptă o soluție ca cea ilustrată, elementele de protecție antiaeriană ale instalației adoptate în prezent (prezentate în Fig. 18.2) ar putea fi simplificate pentru instalațiile aflate în faza de proiectare cu avantaj conomic. Dacă se folosește, atunci, un izolator din oțel, de asemenea, răcirea izolatorului ar putea fi mai ușoară.
Această soluție, propusă ca exemplu, poate părea, din nou, excesivă, așa cum primele izolatoare cu rezistență la presiune și etanșeitate la scurgeri din anii ’60 au părut multor ingineri de bun simț. Cu toate acestea, opinia acestora s-a schimbat radical după Three Mile Island.
Alte exemple de soluții sunt enumerate în (Petrangeli, 2013): centrale construite peste un dig (împotriva tsunami) și sisteme pasive de răcire de urgență (împotriva pierderii sistemelor active obișnuite de răcire de urgență).
Codurile de dinamică a fluidelor computerizate disponibile în prezent pot ajuta la simularea cu o bună acuratețe a unui val tsunami pe o anumită situație teren-centrala (de ex, efectul unui dig ca locație ridicată a centralei față de terenul înconjurător).
În ceea ce privește eficacitatea generală a evaluărilor de probabilitate în analiza de securitate nucleară, trebuie reamintit faptul bine-cunoscut că aceste evaluări sunt esențiale în detectarea, în sistemele complexe, a unor părți sau fenomene de importanță crucială. Ca exemplu, este binecunoscut faptul că o evaluare de probabilitate a unei centrale indică, de obicei, că sistemele de condiționare a încăperilor de echipamente sunt cruciale pentru funcționarea mai multor sisteme de securitate și, prin urmare, funcționarea lor corectă trebuie asigurată cu o probabilitate ridicată prin mijloacele obișnuite de nivel de calitate, redundanță și diversificare (a se vedea, de asemenea, secțiunea 11.3).
În plus, în lumina discuției de mai sus, o probabilitate scăzută a evenimentelor intolerabile poate fi considerată o condiție necesară, dar nu suficientă, pentru protecția împotriva unor astfel de evenimente.
.