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核电安全分析软件的监管研究.pdf
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1、Nuclear Science and Technology 核科学与技术核科学与技术,2023,11(3),284-294 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/nst https:/doi.org/10.12677/nst.2023.113030 文章引用文章引用:李森.核电安全分析软件的监管研究J.核科学与技术,2023,11(3):284-294.DOI:10.12677/nst.2023.113030 核电安全分析软件的监管研究核电安全分析软件的监管研究 李李 森森 国防科工局核技术支持中心
2、,北京 收稿日期:2023年4月6日;录用日期:2023年7月20日;发布日期:2023年7月27日 摘摘 要要 目前,国内的各大核电设计企业、高校及研究所,正在开发具有独立知识产权的核电安全分析软件,并目前,国内的各大核电设计企业、高校及研究所,正在开发具有独立知识产权的核电安全分析软件,并且已经取得初步成果。随着开发的进展针对核动力厂安全分析软件的认可工作将突显出来,因此,针对且已经取得初步成果。随着开发的进展针对核动力厂安全分析软件的认可工作将突显出来,因此,针对核能发达国家的相关监管工作进行研究,为目前我国开发的核安全分析软件的认可工作提供技术支持。核能发达国家的相关监管工作进行研究,
3、为目前我国开发的核安全分析软件的认可工作提供技术支持。本文通过研究国内外相关法律法规和技术文件等资料,归纳总结其针对核安全分析软件认可的流程、方本文通过研究国内外相关法律法规和技术文件等资料,归纳总结其针对核安全分析软件认可的流程、方法、要求和关注重点,以及所需要提供和审查的资料文件、源程序、物理模型、支持文件、使用手册等。法、要求和关注重点,以及所需要提供和审查的资料文件、源程序、物理模型、支持文件、使用手册等。最终提出符合我国情况的核安全监管现状的核电厂安全分析用计算机最终提出符合我国情况的核安全监管现状的核电厂安全分析用计算机软件的监管建议,为目前我国的核软件的监管建议,为目前我国的核安
4、全分析软件的监管工作提供技术支持。安全分析软件的监管工作提供技术支持。关键词关键词 软件认可软件认可,核安全监管核安全监管,核安全核安全,安全分析软件安全分析软件 Research on the Regulatory of the Safety Analysis Software in Nuclear Power Plants Sen Li Nuclear Technology Support Center,Beijing Received:Apr.6th,2023;accepted:Jul.20th,2023;published:Jul.27th,2023 Abstract Currentl
5、y,major nuclear power design enterprises,universities,and research institutes in China are developing nuclear power safety analysis software with independent intellectual property rights and have achieved initial results.As development progresses,recognition work for safety analysis software for nuc
6、lear power plants will become prominent.Therefore,research on regulatory work in countries with advanced nuclear energy is being conducted to provide technical support for the recognition of nuclear safety analysis software development in China.This article studies relevant 李森 DOI:10.12677/nst.2023.
7、113030 285 核科学与技术 laws,regulations,and technical documents at home and abroad to summarize the process,me-thods,requirements,and focus on recognizing nuclear safety analysis software,as well as the ma-terial documents,source programs,physical models,supporting files,and user manuals that need to be
8、provided and reviewed.Finally,regulatory suggestions for the computer software for nuclear power plant safety analysis that conform to the regulatory status quo of nuclear safety in China are proposed to provide technical support for regulatory work on nuclear safety analysis software in China.Keywo
9、rds Software Acceptation,Nuclear Safety Regulation,Nuclear Safety,Nuclear Safety Analysis Software Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 从上世纪 80
10、 年代末开始,为了提升核能应用水平、提高国家核能应用技术,我国在核电领域引进了当时国外的先进核电技术,建设现代化核电厂,并确立了“引进、吸收、再创新”的后发追赶战略。经过几十年的发展,我国核电行业和核电技术迎来了快速成长,对核电技术也由最初的完全从国外引进,逐渐形成了具有技术再优化和设计自主创新的能力,我国已经从最初的核电技术引入国,发展为核电技术领先、具备核电出口能力的核电大国。但与此同时,我国核电行业的“软实力”相较国际核电大国仍存在不足,尤其在核电的软件方面与世界先进国家仍有不小差距,核电相关软件几乎全部来自国外引进,软件的开发和技术应用完全受制于人。此外,软件本身的开发难度大、验证流程
11、多,使得国内核电行业普遍存在“重硬件、轻软件”的情况。而这其中,核电厂安全分析软件又是核电软件的重中之重。核电厂安全分析软件是通过对核电厂进行建模处理计算,以进行核电厂安全设计,并支撑其执照申请活动。一般涵盖燃料行为、堆芯物理、热工水力、设计基准事故、严重事故、概率安全评价、放射性及应急响应、辐射剂量、结构材料等相关专业。核电厂安全分析软件应尽可能保证其计算结果的真实性和可靠性,并且具备合理的可操作性。常见的核电厂安全分析软件1及其用途见表 1。Table 1.Common nuclear power plant safety analysis software 表表 1.常见核电厂安全分析软
12、件 软件类别 用途 剂量分析软件 用于评估辐照剂量的分析 堆芯物理软件 用于模拟反应堆堆芯的行为状态 燃料行为软件 用于评估不同反应堆运行工况下的燃料行为 热工水力软件 用于模拟核动力厂正常运行及事故发生后反应堆堆芯及相关冷却剂系统的行为 结构软件 用于评价核电厂各系统设备的结构完整性、材料性能等行为 严重事故分析软件 用于模拟核电厂事故序列发展进程 放射性后果分析软件 用于模拟放射性物质在厂区内外的迁移,以确定其对工作人员及公众的影响 概率安全评价软件 用于评估核电厂的风险评价 Open AccessOpen Access李森 DOI:10.12677/nst.2023.113030 286
13、 核科学与技术 2010 年以来,为解决关键核电软件依赖国外进口的状况,国内各大核电集团、相关设计院所和高校开始着手开发具有国内自主知识产权的核电安全分析软件或核电设计软件包。随着各方面软件研发的逐步推进,对于核电软件的监管认可研究也提上日程。我国核电软件相关监管工作面临着起步较晚,体系建设仍待进一步强化等问题。因此,本文将根据相关法律法规的要求,对核安全分析中采用的计算机软件的监管要求进行研究。通过研究相关法律法规和相关技术文件要求,了解其针对核安全分析软件的监管审评的流程、方法、要求和关注重点,总结归纳其过程中所需要提供和审查的资料文件、源程序、物理模型、支持文件、使用手册等,并建议符合我
14、国情况的核安全分析软件监管流程。2.核电厂安全分析软件监管现状核电厂安全分析软件监管现状 2.1.安全分析软件定义及分类安全分析软件定义及分类 我国的核安全法规和国外都针对核电厂安全分析程序的范围进行了明确说明。核电厂安全分析软件是指在核电厂设计和安全分析中所使用的相关计算机软件,一般不包括用于解释研究实验结果的软件、核电厂实时监控软件和仪控系统的支持软件。目前,我国主要的核电安全分析软件主要包括 1989 年随大亚湾核电厂一同引入的法国软件、1998 年随秦山三期核电厂引入的加拿大软件、1999 年随田湾核电厂引入的俄式软件以及 2009 年 AP1000 的美国西屋设计软件。核安全导则 核
15、动力厂安全评价与验证(HAD102/17)中的 4.6 节“使用的计算机程序的评价”中2,规定了用于核安全分析中使用的计算机程序,通常包括:放射学分析程序:评估工作人员遭受的辐照剂量;中子物理程序:模拟反应堆堆芯的行为;燃料行为程序:模拟核动力厂正常运行期间及事故后燃料元件的行为;热工水力程序:模拟核动力厂正常运行及事故发生后反应堆堆芯及相关冷却剂系统的行为;安全壳热工水力程序:模拟冷却剂丧失或二回路管道破裂后安全壳压力和温度的行为;结构程序:模拟各部件和构筑物在载荷及载荷组合下的应力应变行为;严重事故分析程序:模拟自堆芯损坏至安全壳失效的事故序列进程;放射性后果分析程序:模拟放射性物质在厂区
16、内外的迁移,以确定其对工作人员及公众的影响;概率程序:构筑逻辑模型,以确定在假设始发事件后可能发生的事故序列并估计其发生频率;其他需要认可的核安全分析相关的计算机程序。同时,国外核安全监管方也对核电厂的相关安全分析软件的给出对应分类建议,如美国核管理委员会就将核电厂安全分析软件分为 9 类,具体包括:概率评价分析软件;燃料行为软件;反应堆动力软件;热工水力软件;严重事故软件;设计基准事故软件;应急准备及响应软件;健康影响/剂量计算软件;放射性核素运输软件(用于许可终止和退役)。且上述软件监管还可根据应用范围和情况分为通用商业软件和专门软件监管。两者的监管流程和内容也存在不同之处,需要进行适当调
17、整。按照软件的开发修改情况,相关软件还可分为已开发软件的适用范围改变、已开发软件的修改、新软件的开发等不同情况。2.2.国内相关法规标准国内相关法规标准 我国与核电厂安全分析软件相关的法规及标准主要包括如下内容,如表 2 所示。核动力厂安全评价与验证(HAD102/17)对安全分析中使用的计算机软件进行如下规定:1)工程设计使用大量软件工具,如图表、单线图、公式、算法和计算机程序(中子物理学、流体动力学、结构分析等)。这些工具以及其中所用的数学模型应该遵守相应的质量保证大纲,包括其在本导则第李森 DOI:10.12677/nst.2023.113030 287 核科学与技术 4 章(4.6.1
18、4.6.8)中所描述的计算机程序的验证与确认。Table 2.Regulatory and standards for safety analysis software for nuclear power plants 表表 2.核电厂安全分析软件法规标准 法规类型 名称 法规导则 HAF102 核动力厂安全设计规定 HAD102/16 核动力厂基于计算机的安全重要系统软件 HAD102/17 核动力厂安全评价与验证 安全分析软件计算模型/方法的选择依据 HAF102 核动力厂安全设计规定 HAD102/16 核动力厂基于计算机的安全重要系统软件 HAD102/17 核动力厂安全评价与验证 H
19、AF102 核动力厂安全设计规定 HAD102/16 核动力厂基于计算机的安全重要系统软件 核电软件开发规范及 质保相关规定 EJ/T 1058.2 核电厂安全系统计算机软件 EJ/T 1058 核电厂安全系统计算机软件 EJ/T 1057 核工业计算机软件入库和管理准则 EJ/T 964 核工业计算机软件质量度量规范 EJ/T 890 核电厂安全有关计算机软件质量保证细则 EJ 529 用于核电厂安全重要系统数字计算机 EJ/T 617 核工业科学和工程计算机程序验证和确认指南 EJ/T 769 核工业计算机软件验收规范 2)应该对用于预计运行事件和设计基准事故分析的计算机程序进行适当地验证
20、和确认。用于预计运行事件和设计基准事故分析的计算机程序应该引用从类似的核动力厂获得的运行经验和相关的实验数据。3)4.6 节“使用的计算机程序的评价”则对安全分析中使用计算机程序的范围、评价、验证、确认等提出了明确要求。在安全分析中使用的所有计算机程序都应予以确认和验证。关于计算机程序,应该确定:物理模型和简化假设合理;关系式合理,适用范围确定;程序的适用范围已确定。数值方法具有足够精度;系统的方法应用;已按照程序的技术规格对源程序进行了评价(对于大型程序可能无法实现)。4)关于计算机程序的输出结果,应该确定程序的预测结果已经与以下数据和程序进行了比较:重要现象的实验数据,包括“单项效应”和“
21、整体”实验比较;核动力厂数据,包括调试或启动期间试验,以及运行事件或事故;独立开发的和使用不同方法的其它程序;标准题和/或数值基准。5)对于程序的使用者,应该保证:足够的培训并且理解所使用的程序;有足够的程序使用经验;有合适的程序使用手册;已经用该程序对标准题进行分析。6)关于计算机程序的使用,应该确定:节点化和核动力厂模型能很好地反映核动力厂的行为;输入数据正确;正确理解和使用程序的输出结果。此外,而对于软件开发则有通用的国家标准计算机软件产品开发文件编制指南(GB 8567-88),规定了文件的编制指导和各种文件的内容要求。李森 DOI:10.12677/nst.2023.113030 2
22、88 核科学与技术 3.国外监管体系国外监管体系 3.1.美国美国 美国核管理委员会(NRC)的法律法规和相关技术文件等监管文件,很多涉及到安全分析软件的认证和评价的相关内容,其中主要强调了软件的质量保证、软件模型的认证和评价等方面。以下简述其中主要的法律法规和技术文件。10.CFR 50.附录 B,核电厂和燃料后处理厂质量保证准则,要求对软件的开发与维护必须在质量保证大纲的监督下进行,质量保证大纲必须满 10.CFR50.附录 B 的要求3。10.CFR 50.附录 K(2000)应急堆芯冷却系统的评价模型。提出对核电厂的应急堆芯冷却系统行为模拟的评价模型的物理模型选择方面的要求,并对模型的
23、保守要求进行了详细规定4。RG 1.203 瞬态与事故分析方法。该导则针对核电厂在其设计基准范围内的事故及瞬态工况的分析以及相关评价模型的开发与评价的过程的提出了要求5。从软件工程的开发规范和质保要求的角度出发,要求核电厂用特别是用于核电厂安全系统用的计算机软件开发流程必须具有最高可信度。为用于核电厂设计分析的评价模型的开发和评估过程提供指导。NUREG-0800:SECTION 15.0.2 安全分析程序的审评。该导则描述了执照申请者用于事故与瞬态行为的解析模型与计算机程序的审查过程与接受准则。审评的目的在于验证评价模型足以对所考虑的事故进行模拟6。DG-1120 瞬态和事故分析方法。该文件
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