Snabbare diagnos vid en kärnkraftolycka

Vid ett allvarligt reaktorhaveri ska det nya datoriserade prognosverktyget RASTEP, Rapid Source Term Prediction, ge en snabb och tidig haveridiagnos med prognos för det radioaktiva utsläppet.

Det kan hjälpa beredskapsorganisationerna på myndigheter och kärnkraftverk att besluta vilka skyddsåtgärder som ska dras igång.

RASTEP finns redan hos Strålsäkerhetsmyndigheten i Sverige. Systemet har inte använts i skarpt läge, men vid beredskapsövningar och utbildning.

Verktyget har utvecklats för att passa svenska reaktorer, berättar tidigare projektledaren docent Wiktor Frid.

Han är i dag senior forskare emeritus vid KTH:s avdelning för kärnkraftsäkerhet.
Som projektledare för utvecklingen av RASTEP var han adjungerad professor vid KTH och anställd på Strålsäkerhetsmyndigheten.

– RASTEP är ett snabbt och robust prognosverktyg som även kan hantera situationer där informationen om läget på en drabbad reaktor är begränsad, säger Wiktor Frid.

– Vid allvarliga haverier är det viktigt att kunna hantera osäkerheter, det illustrerades tydligt av olyckan vid Fukushima, tillägger han.

Kärnkraftsolyckan i Fukushima Dai-ichi i Japan 2011 orsakades av en så kallad Station Blackout. Elnät och reservkraft försvann på grund av jordbävningen och tsunamin varpå många instrument slutade att fungera.  

Grunden för RASTEP är en ”probabilistisk analys”, det vill säga en analys som ger en viss sannolikhet för att något kommer att hända.

Systemet ställer frågor som är relaterade till kända, observerbara parametrar.
Svaren kommer från olika instrument och monitorer som finns i kärnkraftverket.

Systemet har inbyggda sannolikhetskalkyler. Inmatningen kommer snart att automatiseras, eftersom anläggningsdata i dag överförs elektroniskt.

– Det går att få en bra bild av händelseförloppet. Det fungerar även om alla frågor inte kan besvaras, eftersom det finns information som lagts in tidigare. När ny information om anläggningen blir tillgänglig så uppdateras analysen, och prediktionerna blir mer precisa.

Systemet ger en diagnos och en prognos med några möjliga scenarier med olika hög sannolikhet.

Analysen återspeglar den osäkerhet som finns i en haverisituation med begränsad information, förklarar Wiktor Frid.
– Fördelen är att användaren görs uppmärksam på alternativa anläggningstillstånd.

– RASTEP ger mer förfinade och realistiska resultat än tidigare verktyg, som är mer handboksbaserade, eller som bygger på ett antal modellhaverier med fasta beräkningar av när ett utsläpp kommer och hur stort det är. Det blir ganska grova förutsägelser.

Risken finns då att man börjar evakuera i onödan, något man vill undvika eftersom även en evakuering kan leda till negativa hälsoeffekter och dödsfall.

– Det har visat sig i fallet Fukushima. Människor drabbades av psykiska problem när de tvingades lämna sina hem och inte fick återvända. Vi vill ha ett system med mer precision, som utgår från den faktiska situationen.

Filosofin bakom säkerhetsarbete vid kärnkraftverk är att i första hand förhindra olyckor och i andra hand minimera eventuella utsläpp, genom att tillämpa ett djupförsvar med flera säkerhetsbarriärer.

Det finns några frågeställningar som har avgörande betydelse för vilka skyddsåtgärder som ska sättas in, beskriver Wiktor Frid.

Den första frågan är hur stort ett möjligt utsläpp blir. Måste man sätta igång evakuering och andra beredskapsåtgärder?

Nästa fråga är när åtgärderna i så fall måste sättas in – kommer utsläppet om fyra eller femton timmar?

Den tredje frågan är hur länge utsläppet kommer att pågå – det påverkar rekommendationerna för inomhusvistelse.

En viktig fråga är också vart utsläppet kommer att ske, i marknivå eller på hög höjd?

Efter Tjernobyl-olyckan satsade EU mycket på att utveckla bättre metoder för att beräkna hur radioaktiva utsläpp sprids och vilka stråldoserna blir.
Senare finansierade EU även nya metoder för haveridiagnoser och bedömning av radioaktivt utsläpp.

Arbetet med ett nytt verktyg började som en del av ett EU-projekt med KTH som partner och finansiering från dåvarande Statens Kärnkraftsinspektion.
Wiktor Frid var projektledare för den svenska delen av projektet.  

Med hjälp av Oskarshamns kärnkraftverk utvecklades och validerades en grundmodell för reaktorn Oskarshamn 3.

När projektet avslutades 2009 fortsatte Strålsäkerhetsmyndigheten utvecklingsarbetet för andra reaktorer.

Kärnkraftverken har bidragit med data och utvecklingen har skett i samarbete med konsultföretaget Lloyd´s Register Consulting – Energy AB.

I dag finns RASTEP tillgängligt för nästan alla svenska reaktorer. Men ännu har inte något av de svenska kärnkraftverken installerat verktyget.

Kärnkraftverken i Sverige har en arbetsgrupp som bevakar RASTEP, men har ännu inte fattat något beslut om att implementera det, säger Wiktor Frid. Även de norska och danska strålsäkerhetsmyndigheterna överväger enligt Wiktor Frid att skaffa prognosverktyget.

FAKTA

RASTEP – om olyckan skulle ske

En kärnkraftreaktor stängs automatiskt av om något utanför det normala inträffar.

Men även efter avstängning fortsätter energi att frigöras från reaktorhärden.
Fungerar inte kylningen inträffar en härdsmälta.
Radioaktiva fissionsprodukter kommer ut i reaktorinneslutningen, med risk för att spridas vidare till omgivningen.

RASTEP samlar vid en härdsmälta in information från olika instrument och mätpunkter för att kunna ställa en diagnos, och för att avgöra hur förloppet kan utvecklas, samt vilket utsläpp som är det mest sannolika.

Prognosverktyget RASTEP använder Bayesianska nätverk (Bayesian Belief Networks) för att beräkna sannolikheter för olika haveriscenarier och radioaktiva utsläpp.
Detta görs med hjälp av observerbara anläggningsparametrar och reaktorspecifika probabilistiska säkerhetsanalyser.

FAKTA

Kärnkraft och klimat

FN:s klimatpanel IPCC redovisade hösten 2018 i en rapport olika scenarier för hur den globala uppvärmningen ska kunna begränsas till 1,5 grad.
I flera scenarier bedöms kärnkraften i olika hög grad behöva öka fram till 2050.

Den största gemensamma nämnaren i scenarierna är att kol-användningen upphör och att förnybar energi ökar kraftigt i såväl andel som absoluta tal.
Effektivisering av energianvändning är också central.

Källa: Markku Rummukainen, IPPC-ansvarig vid SMHI.

Text Ann Patmalnieks

Foto Håkan Lindgren

KTH Magazine 22 JANUARI, 2019