نقش IoT در ایمنی هسته ای

ادغام دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) به عملیات نیروگاه هسته ای یک جهش قابل توجه در نظارت ایمنی است، بر خلاف سیستم های نظارت سنتی که بر بررسی های جمع آوری داده های دستی متکی هستند، شبکه های فعال IoT جریان های داده مداوم و دانه های دانه ای از صدها سنسور قرار داده شده در سراسر تاسیسات را فراهم می کنند.این سنسورها دمای، سطح تابش، فشار، لرزش و حتی یکپارچگی ساختاری در زمان واقعی است.

چگونه IoT توانایی های نظارت را افزایش می دهد

در تاسیسات هسته ای، هر ثانیه زمانی که یک پارامتر از دستگاه های عادی IoT، مجهز به قابلیت های محاسباتی لبه، می تواند داده ها را به صورت محلی پردازش کند و هشدار فوری را بدون انتظار برای یک سرور مرکزی ایجاد کند، به عنوان مثال، یک انفجار ناگهانی در تابش نزدیک یک کشتی حاوی می تواند به طور خودکار مناطق مجاور را قفل کند و به اپراتورهای اطلاع دهد.

علاوه بر این، سنسورهای IoT به طور فزاینده ای بی سیم و باتری هستند و به آنها اجازه می دهند در مکان های غیر قابل دسترس قبلی مانند لوله های خنک کننده راکتور یا نزدیک به استخرهای سوخت صرف شده قرار بگیرند.این پوشش جامع به این معنی است که هیچ نقطه بحرانی هنوز کنترل نشده است.

توانایی نظارت بر هزاران نقطه داده به طور همزمان و ارتباط آنها با تشخیص اولیه ناهنجاری، تغییر بازی برای ایمنی هسته ای است، با توجه به گزارش سال 2023 از آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA).

[[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [[۳]] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

برنامه های کلیدی IoT در تاسیسات هسته ای

ادغام IoT هر سیستم ایمنی عمده را در یک نیروگاه هسته ای لمس می کند.در زیر، موثرترین مناطق کاربردی است.

نظارت بر اشعه و کنترل Dose

دومتر شخصی که توسط کارگران کارخانه پوشیده شده اند، اکنون به طور بی سیم با دستور مرکزی ارتباط برقرار می کنند، و در صورت نزدیک شدن یک کارمند به حد از پیش تعیین شده، سیستم می تواند درب ها را قفل کند یا یک هشدار فوری را با مانیتورهای تابش منطقه با IoT ارسال کند تا افسران ایمنی میدان های تشعشع را در 3D تجسم کنند و پیش بینی پراکندگی در طول حوادث.

تجهیزات بهداشتی و نگهداری پیش بینی

سنسورهای ارتعاشی در پمپ ها، توربین ها و طرفداران خنک کننده - متصل از طریق سیستم عامل های IoT - تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط قابل قبول است. الگوریتم های یادگیری ماشین الگوهای تجزیه و تحلیل برای تشخیص پوشیدن یا عدم تعادل هفته قبل از شکست رخ می دهد.این باعث کاهش قطعی و جلوگیری از خرابی های کاتتر که می تواند به حوادث ایمنی افزایش یابد.

نظارت بر محیط زیست و ساختاری

سنج های فشار فعال IoT و سنسورهای لرزه ای بر روی ساختمان های حاوی، برج های خنک کننده و قفسه های ذخیره سازی سوخت صرف شده نصب می شوند، این دستگاه ها به طور مداوم بارهای استرس را ارزیابی می کنند، به ویژه در هنگام زلزله یا آب و هوا شدید همراه با فید داده های آب و هوا، سیستم می تواند به طور خودکار عملیات های گیاهی را تنظیم کند - به عنوان مثال، قدرت راکتور را کاهش دهد اگر دمای آب خنک کننده از حد امن تجاوز کند.

کنترل دسترسی و ردیابی پرسنل

نشان های هوشمند و ژئوفنcing کمک می کنند تا ورود به مناطق با نفوذ بالا را محدود کنند.م.آی.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.م.ت.ت.م.م.م.اس.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.اس.اس.اس.ت.ت.ت.ت.ت.ت.ت.اس.ت

External Resource: U.S. NRC – Physical Access Control Requirements

چالش های اجرایی و راه حل ها

اتخاذ IoT در یک محیط هسته ای تنها مسئله نصب سنسورهای تجاری نیست. تاسیسات باید بر موانع منحصر به فرد مربوط به طبقه بندی ایمنی، سخت شدن تابش و اطمینان بلند مدت غلبه کند.

امنیت سایبری در زمینه هسته ای

اتصال هزاران دستگاه به شبکه گیاهی گسترش سطح حمله را گسترش می دهد. سنسور IoT به خطر افتاده می تواند به عنوان دروازه ای برای مختل کردن سیستم های کنترل استفاده شود تا این را کاهش دهد، اپراتورهای هسته ای استراتژی های دفاع در عمق امنیت سایبری را به طور خاص تقسیم بندی شبکه، رمزگذاری سخت افزار بر تمام ارتباطات دستگاه به اتصال، و سیستم عامل ثبت نام اجباری بیش از هوا.

علاوه بر این، بسیاری از گیاهان از شبکه های IoT “هوابند” استفاده می کنند که از نظر فیزیکی از اینترنت جدا شده و سیستم های IT شرکت ها، داده ها از طریق دیودهای یک طرفه (داده دیود) منتقل می شوند که تضمین می کند اطلاعات تنها می تواند به خارج جریان یابد، جلوگیری از هر گونه تزریق دستور خارجی.

سختی تابش و دور بودن

سنسورهای استاندارد تجاری IoT اغلب در محیط های با تابش بالا به دلیل تخریب نیمه هادی شکست می خورند. سنسورهای هسته ای باید پرتوی سنگین یا پشت سپر قرار بگیرند، برخی از امکانات از سنسورهای فیبر نوری استفاده می کنند که به طور ذاتی از مداخله تشعشع برای اندازه گیری های حیاتی در داخل هسته راکتور ایمنی طولانی مدت محافظت می کنند.

ادغام با سیستم های کنترل میراث

بیشتر نیروگاه های هسته ای دهه ها پیش با سیستم های کنترل کننده آنالوگ یا قابل برنامه ریزی منطقی (PLC) طراحی شده بودند.تروتراف IoT نیاز به دقت از طریق پروتکل های استاندارد مانند OPC-UA یا راه حل های TCP میانه به عنوان آداپتورها عمل می کند، ترجمه داده های سنسور به فرمت هایی که نمایشگرهای اتاق کنترل موجود و پایگاه های مورخ می توانند آن را بپذیرند، ضروری است که بدون هیچ گونه امنیت و منطق تأیید داده های بین المللی مجاز به تغییر داده های رزرو نشده باشد.

منابع خارجی: [FLT] [FLT2] [وزارت انرژی ایالات متحده] - IoT در نیروگاه های هسته ای [FLT3]

تنظیم مقررات و چشم انداز استانداردها

از آنجا که ایمنی هسته ای به شدت تنظیم شده است، تصویب IoT باید با چارچوب های مقامات ملی و نهادهای بین المللی هماهنگ شود.کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده (NRC) هنوز مقررات اختصاصی IoT ندارد، اما قوانین موجود برای ابزار و کنترل (10 CFR 50.55a) اعمال می شود.راهنمای ایمنی آژانس بین المللی انرژی اتمی SSG-39 در "طراحی و کنترل عملکرد عملیاتی" نظارت دیجیتال.

گروه های صنعتی مانند موسسه انرژی هسته ای (NEI) اسناد راهنمایی برای ارتقاء دیجیتال منتشر کرده اند، از جمله ملاحظات IoT هر سیستم جدید IoT که عملکرد ایمنی را انجام می دهد، نیاز به یک برنامه کامل امنیت سایبری و یک بررسی جامع تغییرات قبل از استقرار دارد.در آینده، ما ممکن است برنامه های صدور گواهینامه برای دستگاه های IoT مورد استفاده در برنامه های هسته ای، شبیه به معیارهای مشترک برای تجهیزات IT در زیرساخت های بحرانی.

چشم انداز آینده: AI، Edge Computing و Twins دیجیتال

نسل بعدی سیستم های IoT هسته ای توسط هوش مصنوعی تأیید خواهد شد. گره های محاسباتی Edge مدل های AI سبک را اجرا می کنند که ناهنجاری های پیچیده را تشخیص می دهند - مانند ارتعاشات ظریف که نشان دهنده حفره در پمپ خنک کننده است - بدون نیاز به ارسال داده های خام به ابر، تکرار مجازی از گیاه فیزیکی، داده های IoT را برای شبیه سازی سناریو های تصادف و استراتژی های پاسخ تست مصرف می کنند.

شبکه های سنسور بی سیم و 5G

استقرار شبکه های خصوصی 5G در داخل تاسیسات هسته ای وعده ارتباطات با پهنای باند بالا، ارتباط کم نسبت برای داده های سنسور، حتی در محیط مغناطیسی شدید یک ساختمان راکتور. 5G همچنین از ارتباطات گسترده ای از نوع ماشین (mMTC) پشتیبانی می کند و اجازه می دهد ده ها هزار دستگاه IoT بدون مداخله همزیستی داشته باشند.

سیستم های پاسخ خودکار

در بلند مدت، IoT سیستم های ایمنی نیمه خودکار را فعال می کند، به عنوان مثال، اگر چندین سنسور یک نمایه حرارتی غیر طبیعی را تشخیص دهند، AI می تواند به طور خودکار یک توالی خاموش کننده راکتور کنترل شده را آغاز کند در حالی که همزمان جریان خنک کننده را به منطقه آسیب دیده هدایت می کند.

نتیجه گیری

ادغام دستگاه های IoT به نظارت ایمنی هسته ای نه تنها یک ارتقاء تدریجی است – این یک تحول اساسی از چگونگی محافظت از این دارایی های حیاتی است. داده های زمان واقعی، تجزیه و تحلیل پیش بینی و پاسخ های خودکار ایجاد یک شبکه ایمنی است که بسیار قوی تر از هر نسل قبلی نظارت است.

از آنجایی که این تکنولوژی بالغ و کاهش هزینه ها می شود، حتی راکتورهای کوچکتر و تاسیسات تحقیقاتی قادر خواهند بود این سیستم ها را اتخاذ کنند.هدف نهایی این است که انرژی هسته ای را امن تر، قابل اعتماد تر و شفاف تر و تقویت اعتماد عمومی تر کنیم.

[[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [[۳] [۱۰] [۱] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[