原子力事故の確率を組み合わせる


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最近の日本での出来事から、次のことを考えさせられました。

原子力発電所は通常、重大な事故のリスクを「設計基準確率」、たとえば10E-6 /年に制限するように設計されています。これは、単一のプラントの基準です。しかし、数百基の原子炉がある場合、重大な事故の個々の確率をどのように組み合わせるのでしょうか。私はおそらくこれを自分で調査できると思いますが、このサイトを見つけたので、この質問に非常に簡単に答えられる人がいるはずです。ありがとう


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日本の核問題はブラックスワンの出来事です。NN Talebによると、ブラックスワンは非常に低い確率のイベントですが、非常に大きな影響があります。彼の主張は、そのような確率は計算不可能であり、どんな計算された確率も実生活にほとんど影響を及ぼさないということです。
ギレアデ


2
タレブ、[ うんざり ]。
枢機卿、

1
@cardinal、そのようなアイデアの伝達者がTalebのような人ではないことを望む人がよくいます(その人格は耐え難いものです)。しかし、その男のために私はその考えを却下しません。
ギレアデ

1
私は彼の本をそれぞれ読んだ。おもしろいですが、彼のアイデアがあったとしても、ごく少数です。しかし、彼はそれらを普及させることにかなり成功しています。彼が引用した文献も少し読んだ。それのいくつかは、彼が自分の目的のために偽装していると感じています。それは私を混乱させます。
枢機卿

回答:


1

Jプレスリーが提示した純粋な確率論的質問に答えるには、バイエルの表記法(p =アイテムが失敗する確率)を使用して、少なくとも 1つの要素が失敗する確率は1-P(none fail)= 1-(1-p)^です。 n。このタイプの計算は、多数のコンポーネントが並列にリンクされているシステムの信頼性では一般的であるため、少なくとも1つのコンポーネントが機能している場合でもシステムは機能し続けます。

各プラントアイテムの故障確率(p_i)が異なる場合でも、この式を使用できます。その場合、式は1-(1-p_1)(1-p_2)...(1-p_n)になります。


ゲイルありがとう.....それはまさに私が欲しかった解決策です。ちなみに...(1-p)^ nの一般的なシリーズ(パワー、テイラーなど)の展開は知っていますか?

私は正式にGalitの回答を受け入れましたが(残念ながら私はGailと呼んでいます)、Bayerの回答は元の質問に期待していた回答に近づきました。

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分析を設定する前に、現在の状況が何を含んでいるかの現実を覚えておいてください。

このメルトダウンは、地震や津波によって直接引き起こされたのではありません。それはバックアップ力の不足によるものでした。地震/津波に関係なく、十分なバックアップ力があれば、冷却水を流し続けることができ、メルトダウンは発生しませんでした。工場はおそらく今までに復旧して稼働しているでしょう。

日本には、何らかの理由で2つの電気周波数(50 Hzと60 Hz)があります。また、50 Hzのモーターを60 Hzで実行したり、その逆を行ったりすることはできません。したがって、プラントが使用/提供している周波数は、電源投入に必要な周波数です。「USタイプ」の機器は60 Hzで動作し、「ヨーロッパタイプ」の機器は50 Hzで動作するため、代替電源を提供する場合は、そのことに注意してください。

次に、その植物はかなり離れた山岳地帯にあります。外部電源を供給するには、別のエリアからの長い電力線(建設に数日/週が必要)または大型のガソリン/ディーゼル駆動の発電機が必要です。それらの発電機は十分に重いので、ヘリコプターでそれらを飛ばすことはオプションではありません。道路を地震/津波から遮断しているため、トラックでの輸送も問題になる可能性があります。それらを船で持ち込むことはオプションですが、日/週もかかります。

結論として、このプラントのリスク分析は、バックアップのレイヤーが(1つまたは2つだけではなく)いくつかないことに帰着します。そして、このリアクターは「アクティブデザイン」です。つまり、安全を維持するには電力が必要です。これらのレイヤーは贅沢ではなく、必須です。

これは古い植物です。新しいプラントはこのように設計されません。

編集(2011年3月19日)========================================== ====

Jプレスリー:あなたの質問に答えるには、用語の簡単な説明が必要です。

私のコメントで述べたように、これは「if」ではなく「いつ」の問題であり、大まかなモデルとして、ポアソン分布/プロセスを提案しました。ポアソンプロセスは、時間(または空間、またはその他の測定)の平均レートで発生する一連のイベントです。これらのイベントは互いに独立しており、ランダムです(パターンなし)。イベントは1つずつ発生します(2つ以上のイベントが完全に同時に発生するわけではありません)。これは基本的に、イベントが発生する確率が比較的低い二項状況(「イベント」または「イベントなし」)です。ここにいくつかのリンクがあります:

http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_process

http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_distribution

次に、データ。1952年以降のINESレベルの原子力事故のリストは次のとおりです。

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_and_radiation_accidents

私は19の事故を数え、9はINESレベルを述べています。INESレベルがない場合は、レベルがレベル1未満であることを前提として、レベル0を割り当てます。

したがって、これを定量化する1つの方法は、59年間で19件の事故です(59 = 2011 -1952)。それは19/59 = 0.322 acc / yrです。1世紀については、100年あたりの事故は32.2件です。ポアソンプロセスを仮定すると、次のグラフが得られます。

ここに画像の説明を入力してください

当初、私は事故の重大度について対数正規、ガンマ、または指数分布を提案しました。ただし、INESレベルは離散値として与えられるため、分布は離散である必要があります。幾何分布または負の二項分布のいずれかをお勧めします。以下がその説明です。

http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_binomial_distribution

http://en.wikipedia.org/wiki/Geometric_distribution

どちらも同じくらいのデータに適合しますが、あまりよくありません(レベル0が1つ、レベル1が1つ、レベル2が0など)。

 Fit for Negative Binomial Distribution

 Fitting of the distribution ' nbinom ' by maximum likelihood 
 Parameters : 
      estimate Std. Error
 size 0.460949  0.2583457
 mu   1.894553  0.7137625
 Loglikelihood:  -34.57827   AIC:  73.15655   BIC:  75.04543 
 Correlation matrix:
              size           mu
 size 1.0000000000 0.0001159958 
 mu   0.0001159958 1.0000000000

 #====================
 Fit for Geometric Distribution

 Fitting of the distribution ' geom ' by maximum likelihood 
 Parameters : 
       estimate Std. Error
 prob 0.3454545  0.0641182
 Loglikelihood:  -35.4523   AIC:  72.9046   BIC:  73.84904 

幾何分布は単純な1パラメータ関数ですが、負の二項分布はより柔軟な2パラメータ関数です。私は柔軟性に加えて、負の二項分布がどのように導出されたかについての基礎となる仮定に加えます。以下は、当てはめられた負の二項分布のグラフです。

ここに画像の説明を入力してください

以下は、これらすべてのコードです。誰かが私の仮定やコーディングに問題を見つけた場合、それを指摘することを恐れないでください。結果を確認しましたが、これを実際に噛む時間はありませんでした。

 library(fitdistrplus)

 #Generate the data for the Poisson plots
 x <- dpois(0:60, 32.2)
 y <- ppois(0:60, 32.2, lower.tail = FALSE)

 #Cram the Poisson Graphs into one plot
 par(pty="m", plt=c(0.1, 1, 0, 1), omd=c(0.1,0.9,0.1,0.9))
 par(mfrow = c(2, 1))

 #Plot the Probability Graph
 plot(x, type="n", main="", xlab="", ylab="", xaxt="n", yaxt="n")
 mtext(side=3, line=1, "Poisson Distribution Averaging 32.2 Nuclear Accidents Per Century", cex=1.1, font=2)
 xaxisdat <- seq(0, 60, 10)
 pardat <- par()
 yaxisdat <- seq(pardat$yaxp[1], pardat$yaxp[2], (pardat$yaxp[2]-pardat$yaxp[1])/pardat$yaxp[3])
 axis(2, at=yaxisdat, labels=paste(100*yaxisdat, "%", sep=""), las=2, padj=0.5, cex.axis=0.7, hadj=0.5, tcl=-0.3)
 mtext("Probability", 2, line=2.3)
 abline(h=yaxisdat, col="lightgray")
 abline(v=xaxisdat, col="lightgray")
 lines(x, type="h", lwd=3, col="blue")

 #Plot the Cumulative Probability Graph
 plot(y, type="n", main="", xlab="", ylab="", xaxt="n", yaxt="n")
 pardat <- par()
 yaxisdat <- seq(pardat$yaxp[1], pardat$yaxp[2], (pardat$yaxp[2]-pardat$yaxp[1])/pardat$yaxp[3])
 axis(2, at=yaxisdat, labels=paste(100*yaxisdat, "%", sep=""), las=2, padj=0.5, cex.axis=0.7, hadj=0.5, tcl=-0.3)
 mtext("Cumulative Probability", 2, line=2.3)
 abline(h=yaxisdat, col="lightgray")
 abline(v=xaxisdat, col="lightgray")
 lines(y, type="h", lwd=3, col="blue")

 axis(1, at=xaxisdat, padj=-2, cex.axis=0.7, hadj=0.5, tcl=-0.3)
 mtext("Number of Nuclear Accidents Per Century", 1, line=1)
 legend("topright", legend=c("99% Probability - 20 Accidents or More", " 1% Probability - 46 Accidents or More"), bg="white", cex=0.8)

 #Calculate the 1% and 99% values
 qpois(0.01, 32.2, lower.tail = FALSE)
 qpois(0.99, 32.2, lower.tail = FALSE)

 #Fit the Severity Data
 z <- c(rep(0,10), 1, rep(3,2), rep(4,3), rep(5,2), 7)
 zdis <- fitdist(z, "nbinom")
 plot(zdis, lwd=3, col="blue")
 summary(zdis)

編集(2011年3月20日)========================================== ============

Jプレスリー:昨日はこれを終わらせられなくてごめんなさい。あなたはそれが週末、たくさんの義務である方法を知っています。

このプロセスの最後のステップは、ポアソン分布を使用してシミュレーションを組み立ててイベントがいつ発生するかを決定し、次に負の二項分布を使用してイベントの重大度を決定することです。1000組の「世紀のチャンク」を実行して、レベル0からレベル7のイベントの8つの確率分布を生成できます。時間があれば、シミュレーションを実行するかもしれませんが、今のところ、説明で説明する必要があります。多分これを読んでいる誰かがそれを実行するでしょう。それが完了すると、すべてのイベントが独立していると見なされる「基本ケース」ができます。

明らかに、次のステップは、上記の仮定の1つ以上を緩和することです。開始するのに簡単な場所は、ポアソン分布です。すべてのイベントは100%独立していると想定しています。いろいろな方法で変更できます。以下は、不均一ポアソン分布へのリンクです。

http://www.math.wm.edu/~leemis/icrsa03.pdf

http://filebox.vt.edu/users/pasupath/papers/nonhompoisson_streams.pdf

同じ考えが負の二項分布にも当てはまります。この組み合わせは、あらゆる種類のパスを導きます。ここではいくつかの例を示します。

http://surveillance.r-forge.r-project.org/

http://www.m-hikari.com/ijcms-2010/45-48-2010/buligaIJCMS45-48-2010.pdf

http://www.michaeltanphd.com/evtrm.pdf

一番下の行は、あなたが質問をしたところ、答えはどこまで行きたいかによって異なります。私の推測では、誰かがどこかで「回答」を生成するように依頼され、その作業にどれだけ時間がかかるかを驚かされるでしょう。

編集(2011年3月21日)========================================== ==========

上記のシミュレーションを一緒に平手打ちする機会がありました。結果を以下に示します。元のポアソン分布からのシミュレーションでは、INESレベルごとに1つずつ、8つのポアソン分布が提供されます。重大度レベルが上がる(INESレベル番号が上がる)につれて、1世紀あたりの予想イベント数は減少します。これは大雑把なモデルかもしれませんが、開始するには合理的な場所です。

ここに画像の説明を入力してください


それらのジェネレータはどれくらい大きいですか?私は、スカイクレーンかMi-26のどちらかが、少なくともばらばらに運ばれると推測していました。
枢機卿

私の理解では、バックアップ力が不十分である理由は(少なくとも)2つあります... 1。津波が予備発電機の燃料タンクを取り出した(不十分な津波保護)2.交換用電源が利用可能になるまで(おそらく非実用的)、重要な機器を稼働させるには不十分なバッテリー。これらの状況は両方とも、複数のシナリオの大規模で複雑な確率論的安全分析の一部です。ただし、一番下の行は...確率基準が低いほど...設計はより厳しくなります(続き)

元原子炉設計者として、私はリスクを推定するときに「世界の総原子炉人口」を考慮したことがある人を知りません。過去数日間、私はこれが将来にあてはまるのではないかと思いました。これが私の質問のきっかけとなりました。

1
なぜそのような厳しい基準を使うのでしょうか?そのような(潜在的に)低頻度のイベントの影響は非常に大きいため、それらを完全に排除する必要があります。繰り返しますが、経済学はこの点で私たちができることを制限します。

@JPresley:もし私がそのような計算をしなければならなかったとしたら、それは「if」の状況よりも「いつ」のほうが多いと思います。単純なモデルとして、私は「いつ」にはポアソン分布を使用し、問題の大きさにはおそらく対数正規分布(ガンマ??、指数??)を使用します。これが、バックアップ/不測の事態の複数のレイヤーが必要な理由です。
bill_080 2011年

2

質問の背後にある根本的な難しさは、緩和策が講じられて、予想されていた状況が一般に計画されてきたことです。つまり、事態は重大な事故に発展してはなりません。

重大な事故は、予期しない状況から生じています。つまり、それらの確率を評価することはできません。それらはラムズフェルド語の未知の未知数です。

独立の仮定は明らかに無効です-福島第一はそれを示しています。原子力発電所はコモンモード故障を起こす可能性があります。(つまり、一般的な原因により、複数の原子炉が一度に利用できなくなっている)。

確率を定量的に計算することはできませんが、コモンモード障害についていくつかの定性的な主張を行うことができます。

例:プラントがすべて同じ設計で構築されている場合、それらはコモンモード障害(たとえば、EPR / PWRの加圧器の亀裂に関する既知の問題)を起こす可能性が高くなります。

プラントサイトが地理的な共通点を共有している場合、それらは共通モード障害を起こす可能性が高くなります。たとえば、すべてのサイトが同じ地震断層線上にある場合です。または、それらがすべて単一の気候帯内の同様の川に冷却を頼っている場合(非常に乾燥した夏がそのようなすべての植物をオフラインにする可能性がある場合)。


同意-このような、いわゆる第4象限イベントに確率を割り当てることは、愚かです。私たちにできることは、システムを冗長性などによる悪影響に強くすることです
ギリアド

私は完全に同意しません。津波は予期せぬものではなく、津波の「レベル」は予期せぬものでした。このプラントは、歴史的な確率情報に基づいて、7メートルの津波用に「明らかに」設計されました。これは、誰かによるいくつかの確率論的議論に基づいて許容できると見なされました。基準が「可能性の低い」波よりも厳格である場合、設計には高さが必要でした...これが私のポイントです...

1

コメンテーターが指摘したように、これには非常に強い独立性の仮定があります。

p1pn(1p)nnp

あなたが興味がある場合:二項分布


3
@bayer、私はこれには投票しません(私は少し誘惑されますが)。
枢機卿

1
@cardinalと一緒です。独立した障害はばかげた仮定です。たとえば、植物が互いに近く、高い地殻活動の地域にあるとしたら...
JMS

1
@cardinalは完全に正しいです。これが問題の核心です。エンジニアは、共通の原因(地震など)が原因ですべてが一度に失敗する可能性を考慮せずに、この種の独立性の仮定を使用しました。これが(どうやら)一部の日本語インストールで複数のバックアップが失敗した理由です。
whuber

1
この特定のケースでは、独立性があると仮定すると、関連する確率が数桁誤って計算される可能性があると思います。私は原子力発電所の設計、航空機の設計、物流の専門家ではありません。しかし、日本の発電所へのリスクの依存構造は、航空機の墜落の確率を計算する場合よりもかなり強いと思います。原子力発電所は、同じリスク要因に同時にさらされています。頭上から:(a)地震、(b)津波、(c)送電網、(d)一般的な製造業者、...
枢機卿

1
...(e)その他の地理的/地球物理学的設計リスク。それらがすべて互いに非常に接近しているという事実だけで、それらは同時攻撃の共通の危険因子を持っているとしましょう。重要なのは、これらの考えられるすべてのリスク要因を考慮する必要があり、これらの多くの場合、発生するそれらの1つを条件として、複数のプラント障害の確率が同時に 1つに近づく可能性があります。飛行機事故は、ほとんどが自発的であり、地理的に広く運用されているため、少し異なるように見えます。さて、ニューヨークの航空管制(TRACON)が完全にダウンした場合、すべてが...
枢機卿
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