دور منظمة العفو الدولية في تعزيز نظم رصد السلامة النووية

ولا تزال الطاقة النووية حجر الزاوية في توليد الطاقة المنخفضة الكربون، ولكن هامش الخطأ في عمليات النبات صغير بشكل مختفي، حيث أصبحت تصميمات المفاعلات أكثر تطوراً وتتوسع شبكات الاستشعار، وتكافح نظم الرصد التقليدية القائمة على القواعد للحفاظ على درجة التعقيد المتزايدة، وتوفر الاستخبارات الفنية نهجاً تحوّلاً إزاء رصد السلامة النووية، مما يجعل الكشف عن الشذوذ على نحو أسرع، والتنبؤ بأخطاء أكبر، وزيادة مرونة الرقابة على الهياكل الأساسية الحيوية.

How AI Enhances Nuclear Safety Monitoring

وقد اعتمد رصد السلامة النووية تاريخيا على العتبات الثابتة، وعمليات التفتيش اليدوية، ومنطق الإنذار الأساسي، وفي حين أن هذه الأساليب قد تكون فعالة بالنسبة لطرائق الفشل المعروفة، فإنها كثيرا ما تفتقد إلى مؤشرات التحلل المبكرة، وتزيد من الرصد التقليدي عن طريق تحليل مسارات بيانات الاستشعار ذات الأبعاد العالية باستمرار، وتعترف بأن الأنماط التي قد يغلب عليها المشغلون البشريون، وتثير الإنذارات قبل أن تتصاعد قضية بسيطة إلى حدث خطير.

الكشف عن حالة الشذوذ

وتُنشأ المرافق النووية الحديثة مع رصد آلاف أجهزة الاستشعار درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق ومستويات الإشعاع والاهتزاز والتوقيعات الصوتية، وقد يؤدي الحجم الهائل للبيانات إلى عدم قدرة المشغلين على تتبع كل مظلة في آن واحد، وقد تُستخدم نماذج التعلم الآلاتي - خاصة تلك التي تستند إلى أجهزة الترميز والشبكات العصبية الثورية - التي يمكن أن تتعلم الحافظة العادية على المفاعلات وأجهزة الكشف عن العواصم.

وقد أظهرت دراسة أجريت في عام 2023 نشرت في Nu Clear Engineering and Design] أن نموذج التعلم العميق الذي تم تدريبه في 18 شهراً من البيانات التشغيلية من مفاعل محاكاة يمكن أن يحدد أوجه الفشل في استهلاك الوقود الأولي بنسبة 97 في المائة من الدقة، مقارنة بنسبة 82 في المائة من حيث منطق الإنذار التقليدي، وهذه المكاسب في الكشف المبكر تحد بشكل مباشر من احتمال توقف المفاعلات غير المخطط لها، بل ومن أهميتها أن تؤدي إلى الحيلولة دون حدوث أضرار.

الصيانة الافتراضية والصحة المتعلقة بالمعدات

إن إخفاقات المعدات غير المخططة مصدر رئيسي للمخاطر في النباتات النووية، فالالصيانة الافتراضية التي تولدها الوكالة تستخدم سجلات الفشل التاريخية إلى جانب رصد حالة الوقت الحقيقي للتنبؤ بها عندما يرجح أن تفشل المكونات، وتُدرَّب نماذج مثل الغابات العشوائية، وآلات تعزيز التدرج، وشبكات الذاكرة القصيرة الأجل الطويلة على أجهزة القياس عن بعد الأحاسيس وقطع الصيانة لتقدير مدى الحياة المفيدة المتبقية بالنسبة للمركبات، والمركبات الحرارية،

وقد قام معهد بحوث الطاقة الكهربائية التابع لمؤسسة الطاقة الكهربائية بتنفيذ برامج تجريبية في عدة محطات نووية أمريكية حيث خفضت نماذج الحرق غير المرتجلة القائمة على أساس AI إلى 40 في المائة على مدى فترة سنتين، وفي حالة واحدة، توقع نموذج من طراز LSTM فشل رئيسي في مضخة مياه التغذية قبل 72 ساعة من حدوثها، مما يسمح للمشغلين بإجراء عمليات إصلاح غير متوقعة.

ألف - تحسين البيانات وتحليلها

ولا تتوقف الأمان النووي على أي جهاز استشعار واحد، بل على الصورة المتكاملة لحالة النباتات، إذ تبرز منظمة العفو الدولية بيانات الدمج من مصادر غير متجانسة: مجاري الاستشعار، والسجلات التاريخية، والتنبؤات الجوية، وشبكات الرصد السيزمي، ومدخلات مشغلي البشر، ويمكن للشبكات البيزيائية والنماذج الافتراضية أن تجمع بين هذه المدخلات لإنتاج موجز مستكمل باستمرار للمخاطر.

ومن المجالات الأخرى التي يحرز فيها تقدم سريع استخدام تجهيز اللغات الطبيعية لتحليل البيانات غير المنظمة مثل تقارير الصيانة، وسجلات الحوادث، والمراسلات التنظيمية، ومن خلال تعدين ملايين الصفحات من الوثائق، يمكن أن تبرز المنظمة أنماطا متكررة في الأحداث القريبة من الصواريخ، وتقترح إدخال تحسينات على الإجراءات أو التدريب.() وقد بدأت ] الوكالة الدولية للطاقة الذرية [فريق استعراض المواد الانشطارية] في إدماج هذه التقنيات في عوامل الخطر النظامي.

التحديات التي تواجه إدماج الأنشطة المنفذة تنفيذا مشتركا في نظم الأمان النووي

وعلى الرغم من الفوائد الواضحة، فإن نشر منظمة العفو الدولية في مجال السلامة النووية ليس أمراً مباشراً، فالصناعة من بين أكثر النظم تنظيماً في العالم، ويجب أن يلبي أي تغيير في البرامجيات المتصلة بالسلامة متطلبات صارمة تتعلق بالموثوقية والأمن والشرح، وهذه التحديات لا يمكن التغلب عليها، ولكنها تتطلب هندسة دقيقة وحكم.

مخاطر الأمن السيبرى

إن نظم التلقيح الصناعي الدولي تستحدث مساحات هجومية جديدة، إذ أن التعلم بالآلات المتنوعة - حيث يمكن أن يؤدي مدخلات من الحرف اليدوية الخبيثة المصممة لتصور نموذج " AI " إلى قلق خاص من التطبيقات النووية، ويستلزم الاضطرابات الفادحة في قراءة أجهزة الاستشعار، غير قابلة للتأثر بمشغل بشري، نموذجاً للكشف عن الخلل لتصنيف حالة خطرة على أنها طبيعية.

ويجري تحديث الجهات التنظيمية مثل لجنة الرقابة النووية في الولايات المتحدة ومراكز الأمن الإلكتروني الوطنية، التي تتولى تحديداً وضع توجيهات بشأن الأنشطة النووية في السياقات النووية، وعلى سبيل المثال، فإن " الولاية التنظيمية للجنة الوطنية لمنع التعذيب " (FLT:0) والدليل التنظيمي 5.71، الذي يغطي برامج الأمن الإلكتروني للمرافق النووية، لمعالجة أوجه الضعف الفريدة التي تعاني منها مكونات الوكالة.

التفسير والثقة

ويجري تدريب المشغلين النوويين على اتخاذ قرارات تستند إلى أساس منطقي واضح يمكن مراجعة حساباته، وهناك شبكة عصبية عميقة تنتج " أثراً من المخاطر " دون شرح أي سمات دفعت بالنتيجة، من غير المحتمل أن تكسب ثقة المشغل أو الموافقة التنظيمية، مما أدى إلى الاهتمام بأساليب المحاسبة الصناعية القابلة للشرح، مثل " التفسيرات الإضافية " و " التفسيرات النموذجية المعقولة " ، التي يمكن أن تؤثر على الأنماط المتوقعة.

وفي الممارسة العملية، يفضل العديد من المشغلين النوويين النظم الهجينة التي تجمع بين اقتراحات منظمة العفو الدولية وبين المنطق القائم على القواعد الشفافة، فعلى سبيل المثال، قد تُعلّم منظمة العفو الدولية حالة شاذة محتملة، ثم تُجرى عملية تفتيش ثانية لتحديد النمط إذا كان النمط المكتشف يطابق السلائف المعروفة من قاعدة معارف مأمونة بشرياً، ويحافظ هذا النهج التنبيهي على قدرة التعلُّم على النمط مع ضمان إمكانية اقتفاء في الوقت الذي يمكن فيه تتبعه إلى كلِّم في سلسلة من الأدلة المقترحة.

الرقابات التنظيمية

وقد صممت الأطر التنظيمية الحالية من أجل نظم ثابتة ومحددة، ونماذج منظمة العفو الدولية التي تستكمل بارامتراتها على مر الزمن أو تعتمد على الخوارزميات ذات الصبغة السوداء - لا تتناسب بدقة مع عمليات الموافقة القائمة، وتعمل لجنة التنسيق الوطنية وغيرها من الجهات التنظيمية بنشاط على وضع معايير " التحقق والتحقق " (V-VVV) من أجل التنفيذ، ولكن هذه المعايير تظل في شكل مشروع، إلى أن يتم تجميعها في تطبيقات الصيانة البديلة، فإن العديد من شروطاً تقيد فيها عوامل السلامة.

كما يلزم التعاون عبر الحدود، ويمكن للمفاعل الذي يُبنى في بلد ما أن يستخدم عناصر من أجهزة الاستخبارات النووية مصدرها بلد آخر، مما يثير تساؤلات بشأن الرقابة القضائية على بيانات التدريب النموذجية والبروتوكولات المحدثة، وقد أنشأت الوكالة الدولية للطاقة الذرية فريقا يعمل على استخبارات الصناعات الأثرية للتطبيقات النووية ] لتنسيق المبادئ التوجيهية، ولكن لا يزال هناك معيار دولي موحد يبعد عن ذلك.

دراسات الحالة والتطبيقات العالمية الحقيقية

وقد نقلت عدة شركات نووية ومنظمات بحثية بالفعل مبادرة " آي " من المختبر وإلى بيئات تنفيذية، وتبين هذه الدراسات الإفرادية كل من الإمكانيات والدروس العملية المستفادة.

AI في المفاعلات الخفيفة الحالية

وقد قام نظام " فرماتوم " ، وهو نظام نووي رئيسي، بنشر نظام رصد قائم على أساس " AI " يُدعى (البيئـة الافتراضية لتطبيقات المفاعلات) في مصانع متعددة في الولايات المتحدة وأوروبا، ويستخدم نظام " مقياساً رقمياً رقمياً " مستكملاً في الوقت الحقيقياً بالها مع بيانات المزودة بالكمية، وذلك للتنبؤ بهامشايا.

وفي كوريا الجنوبية، وضع معهد كوري لبحوث الطاقة الذرية (KAERI) نظاما للإنذار المبكر يستند إلى آي إيه، لتنقية الأنابيب بسبب التآكل الذي يخلفه التدفق، حيث أدى تحليل قياسات سمك الأشعة فوق البنفسجية التي تحتوي على نموذج معزز من الدرجة الأولى إلى خفض سمك الفرن بنسبة 2 في المائة من المصانع التي تم تركيبها.

AI for Advanced and Small Modular Reactors

وتعتمد تصميمات المفاعلات الجيل القادم - مثل المفاعلات النموذجية الصغيرة، ومفاعلات الملح المستنكفة، والمفاعلات ذات الغاز العالي التمرين - على تحديات جديدة للرصد، ويعتمد الكثير من هذه التصميمات على سمات السلامة السلبية ويعمل في درجات حرارة أعلى أو مع مبردات مختلفة، مما يجعل البيانات التاريخية متباعدة، ويمكن أن يساعد على سد هذه الفجوة باستخدام التعلم من المفاعلات التشغيلية والتدريب القائم على المحاكاة.

(أ) تبدأ مثل Terrestrial Energy] وNuScale Power]]) وتدمج تشخيصات ذات قدرة طاقمية في نظم التحكم الخاصة بها من مرحلة التصميم، وعلى سبيل المثال، يستخدم مفهوم غرفة التحكم المتكاملة في نوسكال نموذجاً للتعلم الآلي لرصد صحة كل وحدة من وحدات تعزيز الـ 77.

مستقبل الوكالة الدولية للطاقة الذرية في مجال السلامة النووية

ومع نضج نظام المعلومات الإدارية وتكييف الأطر التنظيمية، سيتوسع دور النظم الذكية في الأمان النووي وستركز التطورات القريبة من الأجل على أفرقة البحث والتطوير البشرية، في حين تشمل الرؤى الطويلة الأجل نظما مستقلة تماما للسلامة بالنسبة للمفاعلات النائية أو ذات البحار العميقة.

نظم الرصد المستقلة

ومن الاتجاهات الواعدة مفهوم " مشرف على السلامة " الذي يرصد باستمرار جميع النظم الفرعية للمصانع ويصدق على جودة البيانات ويتصاعد الشذوذ بالنسبة للمشغلين حسب الأولوية، ويمكن لهذه النظم أن تعمل على مدار الساعة دون أن تُشْدَل، ويحافظ على اليقظة المستمرة، ومع أن اختبارات تعزيزات عوامل المياه الخفيفة التابعة لإدارة الطاقة قد أثبتت مدى [FRSTto].

أما بالنسبة للمفاعلات الدقيقة النائية - الصغيرة، فإن الوحدات القابلة للنقل المصممة لتوليد الطاقة أو القواعد العسكرية - رصد السلامة غير الشامل، أمر أساسي لأن مشغلي البشر قد يكونون على بعد مئات الكيلومترات، كما أن الشركات التي لا يمكنها أن تستجيب لنظمها الخاصة بالسلامة الخفية، هي شركات تصمم أجهزة التحكم في المواد الميكانيكية الصغيرة، حتى وإن كانت متخلفة.

التعاون بين منظمة العمل الدولية

وعلى الرغم من التقدم المحرز في مجال الاستقلال الذاتي، فإن ثقافة السلامة في الصناعة النووية تشدد على الرقابة البشرية، وأكثرها احتمالاً في المستقبل القريب هو نموذج تعاوني يتناول فيه الرصد الكثيف للبيانات والاعتراف بالنمط، بينما يركز البشر على صنع القرارات الاستراتيجية والتحقق منها والحكم الأخلاقي.() وستتضمن محاكاة التدريب سيناريوهات مستحدثة من أجل زيادة استجابة المشغلين للأحداث النادرة والمتميزة.()

تطوير معايير دولية للموثوقية في التطبيقات الحيوية للسلامة، كما أن منظمات مثل معهد الهندسة الكهربائية والإلكترونية (FLT:0) (IFLT) (IFLT:1]، و، و، اللجنة الدولية للتكنولوجيا الإلكترونية ، هي دليل للنظم الوقائية (A)

وفي الختام، فإن الاستخبارات الاصطناعية ليست رصاصة فضية للسلامة النووية، ولكنها أداة قوية يمكن أن تعزز بشكل كبير سرعة ودقة وشمول نظم الرصد، ومن التنبؤ بإخفاقات المعدات قبل ذلك بتسخير البيانات عبر آلاف أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي، فإن منظمة العفو الدولية ستعالج التعقيد المتزايد للنباتات النووية الحديثة، وتحديات الأمن الخفي، والوضوح، والتنظيم - هي أمور حقيقية، ولكن يجري التصدي لها بنشاط من خلال برامج البحث، والتكنولوجيا التجريبية.