ベイス推論荷基づ原子力機器の地震時損傷度評価に関する研究

Seismic fragility evaluation of nuclear power plants based on bayesian inference

山口 彰

Yamaguchi, Akira

原子力プラントの地震に関する確率論的安全性評価(PSA)においては、機器やシステムの地震時の損傷確率とその不確定性を効率よく定量化することが大切であり、利用できる様々な情報を組み合わせて損傷度評価を行うこととしている。これらの情報を損傷度評価に反映させる方法として、本研究ではベイズ推論を提案した。ベイズ推論に利用できる追加情報は、(1)実際に発生した大地震時の機器の挙動データ、(2)機器損傷度評価の専門家の工学的判断、(3)振動台試験データである。アップデートされる事前損傷度は、過去の地震PSA研究で評価されたGenericな損傷度とした。一般に地震時の機器の挙動データや振動台試験データは機器の強度の中央値よりも小さい領域に限定されているが、損傷度曲線のテイルを改善するのに有効であり、モデル化の不確定性を大幅に低減することにより、年間損傷発生頻度の低減に寄与することが示された。ベイズ法による損傷度の改善に用いる情報の価値を定量化するためにエントロピーの考え方を導入した。ベイズ流アプローチとエントロピーを組み合わせて適用すれば、損傷度評価に有用な試験を計画するとができる。安全目標と関連させた合理的な安全設計を達成するには、地震PSAの結果を有効に活用することが大切である。しかし、地震PSAから得られる知見は評価の不確定性に影響されるため、炉心損傷発生頻度の観点から重要と判断される機器に関しては、機器固有の解析や試験による不確定性の低減が必要である。このような理由から、損傷度評価に関する情報の取得とベイズ推論の活用が望まれる。

Seismic fragilities of equipment and systems are evaluated in a seismic probabilistic safety analysis (PSA). The seismic fragility is defined as the failure probability and its uncertainty at various ground acceleration levels. One evaluates the seismic fragility efficiently by making most use of available information in the seismic PSA. This study is related to a Bayesian inference method to reflect the information to the seismic fragility evaluation. Information that can be used in the Bayesian inference is (1)seismic experience data, (2)expert judgment on the seismic fragility, (3)seismic test data. The generic fragility database was used as the prior fragility that was to be updated. The acceleration level of the seismic experience and test data is much lower than the median value of the seismic capacity level of equipment. However, it is useful to cut down the lower tail of the fragility curves thus the modeling uncertainty. As the results, it is has been found that the annual frequency of failure that is calculated by the convolution of the fragility with seismic hazard curves is reduced considerably. Furthermore, the author has proposed the concept of entropy to quantify the value of the information used in the Bayesian inference. The combined use of the Bayesian inference and the entropy is a useful method to propose a cost-effective seismic test for the fragility evaluation. Findings obtained from the seismic PSA are taken into consideration in achieving more reasonable safety design. It should be noted that the findings are strongly affected by the uncertainty. Hence the reduction is necessary of the uncertainty of the contributive equipment from the viewpoint of seismic safety. Specific analysis and test of the contributive equipment is an effective way of reducing the uncertainty.