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제14회 원자력 안전기술 정보회의, 4월 6일, 대전

제무성

한양대학교

[email protected]

방사선원항 관점에서 본 성능목표(안)


OUTLINE

• Introduction

• Uncertainty in Risk

• Other Causes Risks

• A LERF Definition• ECF, LERF and LCF, LLRF

• PWR and PHWR Applicability

• Concluding Remarks

2


3

Safety Goal Overview for RISK

CDF LERF

PLANTMODEL

CONTAINMENTMODEL

SITE/CONSEQUENEMODEL

QHOs

Level ⅢLevelⅠ Level Ⅱ

Results

Accident sequences leading to plant damage states

Results

Containment failure/release sequences

Results

Public health effects

PLANT MODE

At-power Operation Shutdown / Transition Evolutions

SCOPE

Internal Events External Events

4


4

Introduction


Uncertainty in Risk• Modeling Uncertainty (codes, source terms …)

Indefiniteness in model comprehensiveness and characterizations

• Data Uncertainty (Statistics Data …)

Variation, imprecision and vagueness• Completeness Uncertainty (CET, DET, …)

Indefiniteness as to whether all significant contributors are included

• Analyst UncertaintyAnalyst variation

It needs to be stated whether the comparison with the safety goal shall be done for some percentile in the uncertainty distribution of the calculated risk measure such as LERF.

5


/ :

/ : /

l l l l

l

l

l

R P C DP accident year initiating eventsC curies accident radioactive release from the accidentsD death curies

= ⋅ ⋅===

131

131

/

/ l

l

If C I curies accident

D D death I curies

=

= =

Risk for l sequence


Containment Release for other FP

Typical PWR Source term for the containment leakage

(1) 100% of noble gas: available for leakage

(2) 25% of I ; 91% of the 25% are elemental I

5% of 25% is particulate I

4% of 25% is organic iodides

(3) 1% aerosol available of remaining fission products

Relative volatility: Cs > I > Te > Sr > Ru

(Ref. L. Lewis p. 532)


C : determined by the plant design and

operational proceduresD : consequence model – site specific

( )

l l ll

l ll

R P C D

D P C

D C

= ⋅ ⋅

= ⋅

= ⋅

∑

∑

Total Risk, R


Risk Family (WASH-1400)• Unacceptable

• Reduction Desired

• Acceptable


Ex 3.

2.50000E+015.00000E+00Q_Z1Z2Z(lognormal)

Frequency Chart

.000

.079

.157

.236

.314

0

785.2

3141

-0.00 50.00 100.00 150.00 200.00

10,000 Trials 1,891 Outliers

Forecast: Q_Z1Z2

A V GI E R L E R F C P E F= •

1 ) 12 ) 23 )

A V G

Z L E R FZ C P E FZ I E R

==

=

Bibliography

Iman, R. L. and Conover, W. J., 1982, “ A Distribution-free Approach to Inducing Rank Correlation among Input Variables,” Communications in Statistics, B11:311-334

A V G

I E Ro r L E R FC P E F

=


Quantitative Health Objective for NPP (USNRC)

• The individual early fatality risk in the region between the site boundary and I mile beyond this boundary will be less than 5X10-7 per year. (1/1000 of the risk due to all other causes)

• The individual latent cancer fatality risk in the region betweenthe site boundary and I0 miles beyond this boundary will be less than 2X10-6 per year. (1/1000 of the risk due to all other causes)


UK and US EPA Risk Acceptance

• Individual Probability of death greater than 10-3 per year for workers and 10-4 per year for the public is unacceptable. (UK Health and safety Executive)

• Individual Probability of death less than 10-6 per year is “broadly acceptable.” (UK Health and safety Executive)

• The risk of an accident causing the death of 50 people or more in a single event should be less than 2x10-4 per year. (UK Health and safety Executive)

• A lifetime cancer risk of less than 10-4 for the most exposed person is acceptable. (US EPA): very conservative.

• A lifetime cancer risk of less than 10-6 for the average person is acceptable. (US EPA)


Subsidiary Safety Goals

• Severe accident core damage frequency (CDF) will be less than 1X10-4 per year.

• Conditional probability of containment failure will be less than0.1.

• Large release frequency (LRF) will be less than 1X10-6 per year.


그림 1. 연도별 사고사망 및 암 사망에 대한 허용 리스크 추이


Other Causes Annual Individual Risks are not considered

• Accidents: Motor Vehicles: 6.0X10-4, Falls: 6.2X10-5

• Sports: Hang Gliding: 8X10-4, Power Boat Racing: 8X10-4, Mountaineering: 7X10-4

• Occupation: Mining: 9X10-4, Fire Fighting: 8X10-4, Police: 2X10-4

• Cancer: 2X10-6


KINS 자료(1/5): 국내 사망 리스크 (통계청 자료, 1983~2006년)

사고사망 리스크

• 인구 10 만명 당 평균 연간 69.35명 사망 (그림 1): 평균 사망리스크는 6.935×10-4/년, 2000년 이후 6.0×10-4/년 정도 유지

• 보건목표 허용 리스크: 사고 사망리스크(6.0×10-4/년으로 설정)×0.1% = 6×10-7/년: 보수적으로 5×10-7/년으로 설정, 미국과 동일한 값

암 사망 리스크

• 인구 10 만 명 당 평균 연간 111.49명 (그림 1): 평균사망리스크는 1.115×10-3/년: 꾸준히 증가하는 추세: 7.2×10-4/년→ 1.37×10-3/년

• 보건목표 허용 리스크: 암 사망리스크(1.37×10-3/년으로 설정)×0.1% = 1.37×10-6/년: 보수적으로 1×10-6/년으로 설정, 미국은 2×10-6/년


KINS 자료(2/5) 조기사망리스크(IER: Individual Early Risk)

AVG

N

nn CPEFLERFCPEFLERFIER ×=×= ∑1

: 조기대량방출에 속하는 방출군n 사건의 발생빈도(/년)

: 조건부 조기사망확률

: 조기대량방출빈도(/년)

: 조건부 조기사망확률 평균치

∑=n

nLERFLERF1

nCPEF

∑ ×=N

nn

AVG CPEFLERFLERFCPEF

1

nLERF


KINS 자료(3/5): 조기사망에 대한 성능목표 설정

조건부 조기사망확률 평가(MACCS 2코드 사용)• 원전별, 방출군별 비상대응시나리오별 평가

내, 외부사건에 대한 조건부 조기사망확률 평균치 계산(표 1~2)

성능목표 설정

• 국내 전 원전에 공통 적용할 수 있는 성능목표 지표 설정

: 보수성 추가를 위해 주민 소개 없이 선량에 따른 이주만 고려

: 최대값인 울진 3,4호기 내부사건 7.0×10-2

을 대표값으로 선정

• 조기사망에 대한 성능목표

대량조기방출빈도(LERF) < 5.0x10-6/년

※ 선원항 평가의 보수성, 소개를 고려하지 않는 비상계획의 보수성 등

대량조기방출빈도 5×10-6/년은 안전목표에 충분한 여유가 있는 것으로 판단

년/100.5100.7 72 −− ×<××= LERFIER


KINS 자료(4/5): 암 사망에 대한 성능목표 설정

조건부 암사망확률 평가(MACCS2코드 사용) (표 4)성능목표 설정

• 국내 전 원전에 공통 적용할 수 있는 성능목표 지표 설정

: 보수성 추가위해 이주 및 소개는 고려하지 않음

: 최대값인 고리 2호기의 6.25×10-3

을 대표값으로 선정

• 암 사망에 대한 성능목표

: 격납건물내로 방출된 방사성물질이 모두 환경으로 방출되는 것으로 가정

(CCFP=1, CCFP: Conditional Containment Failure Probability)⇒ CFF = CCFP X CDF = CDF

노심손상빈도 (CDF) < 1.0 x 10-4/년

※ 선원항 평가 보수성, 격납건물 격리기능과 방재대책을 고려하지 않은 점 등

노심손상빈도 1×10-4/년은 안전목표에 충분한 여유가 있는 것으로 판단

년/100.11025.6 63 −− ×<××= CFFILR


KINS 자료(5/5): 조건부 조기사망 확률(내부사건)

1) hotspot relocation: 일주일간 피폭으로 인한 총예탁선량이 500 mSv 초과 예상시 plume 도착 6시간 후 소개

normal relocation: 일주일 피폭으로 인한 총예탁선량이 250 mSv 초과 예상시 plume 12시간 후 소개

2) 방출군별 조건부조기사망확률 중 최대치


* W. T. Pratt, V. Mubayi, T.L. Chu, "An Approach for Estimating the Frequencies of Various Containment Failure Modes and Bypass Events," U.S. Nuclear Regulatory Commission, NUREG/CR-6595, 2004.

22

LERF(Large Early Release Frequency*)LERF(Large Early Release Frequency*)


ECF, LERF and LCF, LLRF

• Integration of the Full Level-1 & 2 PSA ▫ LERF/LLRF fraction/frequency are the interface for Level-1 & 2

▫ Automatically Build the One Top Model for the Level-2 PSA

• Easy and fast to quantify the Level-2 PSA ▫ Quantification in a minute for the full Level-2 sequences

▫ Enables the analyst to concentrate on the Level-2 Specifics

Level-1 CDF PSA Model- Event Tree- Fault Tree

Level-2 PSA Model- Decomposition ET- Containment ET

One Top Model for LERF/LLRF

LERF/LLRF- for Each IE- for Each PDS

Extended Model- PDS ET

Level-2 STC- Release

Category

LERF/LLRF Fraction for each PDS

(*)

(*)

(*) Interface between Level-1 & 2 PSA


Fig. 1 CET


Fig. 4 DET for Core Melt Arrest


Fig. 6 DET for Mode of Early Containment


Fig. 9 DET for Mode of Late Containment Failure


LERF Alternatives

28

Alternative condition candidate source terms LERF

A-1 ECF STC3+ STC4+STC14+STC16+ STC17 2.02x10-8*

A-2 ECF+Bypass STC3+ STC4+STC14+STC16+ STC17+ STC18+ STC19 1.03x10-6*

A-3 >2.5% I/Cs/Te STC3+ STC4+ STC10+STC12+ STC13+STC14+STC16+STC17 2.02x10-8*

A-4 >10% of ISTC3+ STC4+STC6+STC8+

STC10+STC12+ STC13+STC14+STC16+STC17

2.02x10-8*

A-5 activity STC3+ STC4+STC14+STC16+ STC17 ?? -

A-6 1 prompt fatality STC3+ STC4+STC14+ STC15+STC16+ STC17 3.99X10-7*

* Large Early Release Frequency (LERF)


EF_alternative 1, 2, 3

29


MACCS_EF

30


An Example Approach

Pi : Estimation of the likelihood or frequencies of events Ci : Estimation of the consequences of eventsi : 1, 2, •••, n (Accident Scenario)

R = ∑Pi Ⅹ CiR = ∑Pi Ⅹ Cii = 1

n

IPE IPE MACCSMACCS

Mean of Early Fatality = ∑STCFi Ⅹ CiMean of Early Fatality = ∑STCFi Ⅹ Ci

STCFi : source term category frequency


Total flux out of V :

,where total mass is

Therefore,

( )V

M t dVχ= ∫(x,y,z,t) : concentration of substanceχ∵

( )S

MJ t F ndSt

∂= = −

∂∫ i

S V V

F ndS F dV dVt

χ∂= ∇ = −

∂∫ ∫ ∫∵ i i

( ) 0V

Ftχ∂

∴ + ∇ =∂∫ i

( )u Dtχ χ χ∂

⇔ = ∇ − ∇∂

i F u Dχ χ= − ∇∵

2 2 2

2 2 2

( , , , )x y z

x y z t u v w D D Dt x y z x y z

χ χ χ χ χ χ χ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂+ + + = + +

∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂


Assumption: Uniform Medium at rest

If diffusion in x, y, z direction is identical,

If is the average wind speed in x direction & h is height from release point,

2

2

( , )x

x t Dt x

χ χ∂ ∂=

∂ ∂2

x

A= dx = exp[ ] 4t

A = 4 = 2A Dt

x

x

xQ dxD t

D t

χ

π π

∞ ∞

−∞ −∞

−∫ ∫

2A( , ) = exp[ ]4t x

xx tD t

χ −

2Q 1( , ) = exp[ ( ) ]22 xx

xx tχσπσ

∴ − = 2x xL et D tσ∵

2 2 2Q 1 1 1 1 1( , , , ) = exp[ ( ) ] exp[ ( ) ] exp[ ( ) ]2 2 22 2 2x y zx y z

x y zx y z tχσ σ σπσ πσ πσ

− − −

Normalization:

then,


Q = total amount of effluent emitted

h = the height of the source

σy, σz = horizontal and vertical dispersion coefficients

x = the distance downwind

y = the distance across wind

z = the height above the ground

= the mean wind speed u

2 2 23

Q 1( , , , ) = exp[ {( ) ( ) ( ) }]2( 2 ) x y zx y z

x ut y z hx y z tχσ σ σπ σ σ σ− −

∴ − + +


An Important Idea

H : 표적기관에 전달된 유효선량(Sv)D50 : 피폭된 인구중 절반에서 해당 인체영향을 유발시킬 수 있는 선량(Sv)

IEFR= ∑STCFi Ⅹ {1-exp(-0.693[H/D50])}IEFR= ∑STCFi Ⅹ {1-exp(-0.693[H/D50])}

STCFi : source term category frequency

IEFR= ∑STCFi Ⅹ (Ci/Pi)IEFR= ∑STCFi Ⅹ (Ci/Pi)

IEF= (Ci/Pi)=1-exp(-0.693[H/D50])IEF= (Ci/Pi)=1-exp(-0.693[H/D50])


Early Fatality Parameter Space

36

LARGE

RELEASE MOD MAGNITUDE

LOW RELEASE TIMING LATE MID EARLY 1150

CONSERVATIVE EMERGENCY RESPONSE NONE Consequence of 1 prompt fataliyu is a surface


CONTAINMENT

BYPASS

CONTAINMENT

ISOLATIONSTATE

CORE MELTSTOP BEFORERV RUPTURE

NO ALPHAMODECONT.

FAILURE

TIME OFCONTAINME

NTFAILURE

MODE OFCONTAINME

NTFAILURE

DEBRISCOOLED

EXVCOOL

NO RECIRSPRAYSFAILURE

STC#

FREQ

Events CONBYPASS CONISOLAT MELTSTOP NO-ALPHA TIME-CF MODE-CF EXVCOOL NO-RECSP

NO BYPASS

EVENT V

SGTR

NOTISO NO

NOTISO YES

CFBRB

RV RUPTURE

ISOLATED

ALPHA CF

NO ALPHA CF

BMT

LATE

EARLY

NO CF

LEAK

RUPTURE

LEAK

RUPTURE

COOLED

NOT COOLED

COOLED

NOT COOLED

NO FAILURE

NO FAILURE

NO FAILURE

NO FAILURE

FAILURE

FAILURE

FAILURE

FAILURE

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

UCN3&4 source term logic diagram

9.538E-07증기발생기 세관 파단 사고(우회사고)

19

5.35E-08저압경계부 냉각재상실사고(우회사고)

18

3.915E-09격리 실패17

6.194E-10격리 실패16

3.787E-07원자로용기 파손전격납건물 파손

15

8.225E-09알파모드 파손14

2.306E-07원자로공동기초판용융관통(BMT)13

1.477E-07후기 격납건물 파손(LEAK)

12


11


10


8


7


6

7.382E-09조기 격납건물 파손(RUPTURE)

4

9.212E-11조기 격납건물 파손(LEAK)

3

3.111E-06원자로용기파손 격납건물 비파손2

1.12E-06원자로용기파손전 노심용융물 냉각1

Frequency(/RY)격납건물

파손 유형

STC NO

37


Application for PWR and PHWR

• Different Core Structure • Different Accident Sequence Progressions

• Different Containment Failure Time• Different Accident Conditions, i.e., 3 Possible

Steam Explosions

38


맺음말

1. 0.1 % 법칙 적용 시 “Other Causes Risk”가 적용되어야 한다.

2. NUREG/CR-6595의 정의에 따라 “이주 및 소개 없는 상황”이 LERF 결정

에 적용 되어야 한다.

3. 6 STCs와 같은 구체적인 Risk Measure가 새로이 도출되어야 한다.

4. 설계개념이 다른 중소로형 원전에 대해서는 다른 성능목표 값 적용이 바람

직하다.

5. Modeling Uncertainty, Data Uncertainty, Completeness Uncertainty,

Analyst Uncertainty 등 불확실성을 종합적으로 고려하여 한국 실정에 맞

는 성능목표가 개발되어야 한다.


6. 이러한 Uncertainties을 고려한 Risk Family 개념의 성능목표(안) 도출을 통

하여 분포 Percentile 값에 대하여 Risk Measure (CDF와 LERF)가 Safety

Goal과 비교함으로써 원전설계나 운영의 공학적 목표 값으로서 부합여부가

판단되어야 한다.

7. LERF와 Early Fatality는 부지경계로부터 거리 (미국, 1.6 km, 일본, 1 km, 한

국 1.6/8.0 km)에 영향을 받는다. 비상계획 (Emergency Preparedness

Plan) 개발과 주민소개 최대 허용시간에 중요한 결정 요소이므로 LERF 성능

목표 설정에 상세한 추가 연구가 필요하다.

8.“목적이 이끄는 안전”은 더 나은 안전관리 방안이다. 성능목표(안) (CDF: 1.0

x 10-4

/년, LERF: 5.0 x 10-6

/년)은 합리적 재설정, 원인분석, 시정조치로 귀

결되는 유연한 MR의 성능기준 개념처럼 성능목표(안)이 제한치 보다 목표치

로서 활용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

맺음말

new 방사선원항관점에서본성능목표(안) · 2018. 1. 1. · bibliography iman, r. l. and...

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