Подходы к количественной оценке рисков

Подходы к количественной оценке рисков несанкционированного распространения…
А.А. АНДРИАНОВ
Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Калужская обл.
ПОДХОДЫ К КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКЕ РИСКОВ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО
РАСПРОСТРАНЕНИЯ: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
В работе представлено описание текущего состояния в области методического обеспечения задач количественной оценки рисков несанкционированного распространения, указанны проблемы и перспективные, по мнению автора,
направления развития.
1. Активизация интереса к проблематике нераспространения в последнее время обусловлена возросшей угрозой ядерного терроризма, логикой предыстории становления ядерной энергетики (ЯЭ) и объективной необходимостью дальнейшего развития этой ветви промышленности [1]. В
результате комплексный количественный анализ проблем нераспространения перерос в самостоятельную остроактуальную область исследований. Комплексный количественный анализ проблемы нераспространения стал неотъемлемой частью системных исследований перспектив развития
ЯЭ. В системные модели развития ЯЭ включаются индикаторы и модули оценки рисков распространения.
С использованием методик оценки рисков распространения решаются задачи по проведению сравнительного анализа технических решений по повышению безопасности, обоснованию
выбора между конкурирующими решениями и оценке чувствительности результатов к исходным
данным, регламентированию проверок систем безопасности, оценке вклада различных факторов в
показатели защищенности и выбору приоритетных направлений по ее повышению [2].
2. Трудности оценки риска распространения сопряжены со следующими обстоятельствами.
Во-первых, сложность математической формализации проблемы вследствие наличия разнообразных угроз распространения, политических и социальных факторов. Как результат, получил распространение качественный, описательный подход. Во-вторых, отсутствие понятия предельного
риска и нормативных требований, что делает неприменимыми традиционные методы оценки риска. В-третьих, отсутствие представительной статистики для оценки значений параметров моделей.
В-четвертых, необходимость единовременного учета разноуровневых факторов: физические
свойства расщепляющегося материала, системные факторы (стратегия обращения с делящимися
материалами, структура и организация ЯТЦ, динамика развития ЯЭ, наличие национальных региональных и глобальных связей и ограничений).
Для анализа данного круга проблем получили широкое применение такие методы системного анализа и теории принятия решений, как мультиатрибутивная теория полезности, метод анализа иерархий, имитационное моделирование, нечеткие множества, интервальная алгебра и теория вероятности, экспертные оценки (метод Делфи и пр.), логические диаграммы, методы вероятностной оценки риска, графоаналитические методы и пр.
Агрегация параметров осуществляется на основе методик построения разрешающего правила, где постулируется индикатор риска и итеративных методов, где постулирование вида индикатора риска не происходит. Из современных подходов теории принятия решения широкое применение в данной предметной области получили методы теории полезности и метод анализа
иерархий.
Направление мультиатрибутивной теории полезности (Multi-Attribute Utility Theory) отличают следующие особенности: строится функция полезности, имеющая аксиоматическое обоснование и некоторые условия, определяющие форму этой функции, подвергаются проверке в диалоге с экспертами. Представим этапы решения задачи с использованием данного подхода: разрабатывается перечень критериев → строится функция полезности по каждому из критериев → проверяются некоторые условия, определяющие вид общей функции полезности → определяется
зависимость между оценками альтернатив по критериям и общим качествам альтернатив (многокритериальная функция полезности) → оцениваются все имеющиеся альтернативы и выбирается
наилучшая.
Метод анализа иерархий (Analytic Hierarchy Process) широко известен и чрезвычайно широко используется в настоящее время. Алгоритм решения задачи с помощью данного метода заключается в следующем: структуризация задачи в виде иерархической структуры с несколькими
уровнями: цели-подцели-критерии-альтернативы → выполнение попарных сравнений элементов
Подходы к количественной оценке рисков несанкционированного распространения…
каждого уровня → вычисление коэффициентов важности для элементов каждого уровня → расчет количественного показателя качества каждой из альтернатив и определение наилучшей альтернативы.
3. Остановимся на теоретических подходах, используемых при анализе проблемы нераспространения. Разработанные к настоящему моменту модели количественной оценки риска распространения можно условно разделить на четыре группы: так называемые «сценарные», «игровые»,
«атрибутивные» подходы и подходы, основанные на оценке затрат (т.н. «стоимостные» оценки)
[3–4].
Основная идея сценарных подходов основана на выдвижении гипотезы с последующей количественной оценкой сопутствующих факторов о возможном сценарии хищения делящихся материалов или переключения ядерных технологий. Исследователь как бы моделирует процесс поведения нарушителя режима, который намерен как можно скорее с наименьшим ущербом преодолеть созданные перед ним барьеры. Конечной целью является оценка вероятности успеха
нарушителю преодолеть все барьеры. Как правило, эти модели основываются на логическом моделировании, вероятностных методах.
Игровые (двухсторонние) подходы позволяют анализировать ситуации, в которых участвуют люди, преследующие как общие, так и противоположные цели. Более того, они позволяют
учесть естественную неопределенность, присущую поведению людей. Естественной областью
приложения этих подходов является решение таких задач, как определение наиболее эффективной стратегии проведения инспекций, стратегий перехвата нарушителя, исследование механизма
ядерного сдерживания.
В атрибутивных подходах оцениваются свойства (атрибуты) системы (конкретная установка, предприятие, ЯТЦ и т.д.), характеризующие ее устойчивость к несанкционированному распространению. К настоящему моменту накоплен обширный опыт использования атрибутивных методов теории принятия решения для данного рода задач [3–9].
Некоторые из атрибутивных подходов были распространены на анализ развивающихся
ядерно-энергетических систем для того, чтобы учесть фактор масштаба ЯЭ, динамику ее развития
и всевозможные системные ограничения. В этой области наибольшее распространение получили
методы мультиатрибутивного анализа.
Один из эвристических упрощенных подходов, который был успешно использован в ряде
исследований по оценке перспектив развития ЯЭ, – «подверженность риску распространения» –
был предложен Р. Краковски (Лос-Аламос) [8]. Этот подход представляет собой гибрид более
ранней работы в этой области П. Силвенноинена и А. Папазаглоу [7]. С целью конкретизировать
этот подход и придать ему практическую значимость в работе Р. Брогли [9] метод получил дальнейшее развитие, где был связан с методологией уровней привлекательности, разработанной Министерством энергетики США и предназначенной для классификации ядерных материалов.
В основе всех вышеупомянутых подходов лежит учет трех факторов: количество ядерного
материала, его привлекательность с точки зрения использования в оружейных программах и длительность обращения с материалами в определенной точке топливного цикла. Основную трудность при работе с этими моделями представляют оценки фактора привлекательности вследствие
наличия элемента субъективности при ее определении. Ситуацию не изменяет и использование
новейших математических аппаратов, таких, как нечеткие множества и интервальная алгебра.
Подходы к количественной оценке рисков несанкционированного распространения…
Следует отметить, что ряд подходов к оценке риска распространения на базе методов системного анализа позволяет углубиться в понимание проблемы оценки эффективности мер поддержания режима нераспространения, избежав при этом объективных сложностей, связанных с
отсутствием конкретной информации по инспекционной деятельности. Это продиктовано следующим обстоятельством.
Техническая структура гарантий МАГАТЭ построена на идеологии атрибутивного анализа.
Цель проведения инспекций – своевременное определение переключения значимого количества
ядерного материала. Два основополагающих параметра, на основе которых строится вся техническая структура гарантий, – это значимое количество и своевременность обнаружения. Параметр
«время обнаружения» по порядку величины равен длительности конверсии материала, находящегося на разных стадиях топливного цикла, в оружейно-пригодную форму. В соответствии с критериями по гарантиям в зависимости от количества и физико-химического состояния ядерных
материалов определяются частота инспекций на ту или иную установку, трудозатраты и, соответственно, стоимость инспекционной деятельности [2]. Более привлекательный материал, у которого наименьшее время конверсии в оружейно-пригодную форму, следует чаще и тщательнее инспектировать.
Для объединения различных подходов разрабатываются интегрированные методики, позволяющие взаимоувязано проанализировать привлекательность ядерных материалов, уязвимость
конкретного передела топливного цикла, технологической цепочки и, в конечном счете, системы
ЯЭ как целого и ее инфраструктуры.
В заключение отметим, что опыт применения описанных подходов позволяет сказать, что
они дают разумные и объяснимые результаты, позволяют не только выявлять проблемы, но и
намечать пути их решения, тем самым способствуя оптимизации структуры ЯЭ, стратегии обращения с делящимися материалами в ЯТЦ по фактору нераспространения, а также мер поддержания режима нераспространения.
4. В то же время сложившуюся ситуацию в области количественной оценки риска распространения можно охарактеризовать как противоречивую. С одной стороны, существует богатейший набор подходов и методик оценки риска, в том числе на основе новейшего математического
аппарата. С другой стороны, отсутствует согласованная на международном уровне и общепринятая методология оценки защищенности к распространению. Любопытно отметить, как показано в
[10], даже в рамках крупнейших международных проектов по инновационным ядерноэнергетическим технологиям, видное место в которых уделяется проблеме нераспространения,
нет согласованных базовых определений. К их числу следует отнести определение понятия
устойчивости к распространению, каких нарушителей и какие угрозы принимать в рассмотрения
и т.д. Более того, в настоящий момент отсутствуют рекомендации по областям применимости
различных методик. Каждый автор пользуется только созданной им методологией. Также нет систематических попыток проведения сравнительного анализа и синтеза различных подходов и методик.
5. Однако, несмотря на отмеченные обстоятельства, проведенный в ряде работ анализ показывает, что имеется «внутренняя» взаимосогласованность различных подходов. В частности,
оценки, проведенные на основе различных методологий, приводят к качественно одинаковым
тенденциям [11], что говорит о наличии точек соприкосновения в различных подходах и, тем самым, возможности их включения в самосогласованный пакет инструментов оценки риска распространения. Учет фактора неопределенности в исходных данных позволяет сделать вывод: при
условии статистической различимости параметров моделей порядок ранжирования мер сохраняется. Более того, четко прослеживающаяся корреляция идеологий, на которых основаны модели,
и подхода, лежащего в основе технической структуры гарантий, позволяет говорить об отражении
в этих моделях основных факторов, регулирующих инспекционную деятельность.
В настоящий момент представляется целесообразной разработка интегрированных инструментальных средств оценки риска на базе взаимосогласованного набора иерархически организованных моделей. При этом вследствие разнообразия угроз и, соответственно, рисков следует проводить их многокритериальную оценку на основе подхода множеств Парето без предварительной
агрегации различных индикаторов риска. Для конечной агрегации рисков подходящими представляются методы многокритериальной теории принятия решений, основанные на методах пар-
Подходы к количественной оценке рисков несанкционированного распространения…
ных сравнений (AHP (Т. Саати), ELECTRE (Б. Рой), и др.). При этом для повышения обоснованности суждений необходимо учитывать фактор неопределенности параметров моделей.
На этой методологической базе может быть разработана экспертная система поддержки
принятия решений по оценке уязвимости сложной национальной инфраструктуры. Данная информационная система должна отражать ключевые национальные прямые и сопряженные аспекты, связанные с ядерной деятельностью и непосредственно влияющие на эффективность режима
ядерной безопасности (база данных); набор типовых угроз, сценариев возможного несанкционированного переключения (паттерны несанкционированного переключения) и набор количественных индикаторов, позволяющих провести оценку уязвимости национальной инфраструктуры, основанной на методах многокритериальной теории принятия решений в многоуровневых иерархических структурах.
6. В заключение подытожим. Оценки, проведенные на основе различных подходов, приводят к качественно одинаковым тенденциям, что говорит о возможности формирования на их основе самосогласованного пакета инструментов оценки риска распространения. Вследствие разнообразия угроз и рисков распространения необходимо проводить их многокритериальную оценку
без предварительной агрегации. Агрегация качественных и количественных индикаторов риска
может быть осуществлена на основе методов парных сравнений теории принятия решений при
многих критериях. Для повышения степени обоснованности суждений необходим анализ неопределенностей. Дополненная соответствующими базами данных описанная методология может лежать в основе экспертной системы по оценке уязвимости сложной национальной инфраструктуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mohamed ElBaradei. Nuclear Non-Proliferation: Responding to a Changing Landscape. Statement at the
Japan Atomic Energy Agency. 18 May 2006.
2. Пшакин Г.М. и др. Ядерное нераспространение. М.: МИФИ, 2006.
3. Krakowski R.A., LA-UR-01-169, January 2001.
4. Jones E.D. Review of Methodologies for Assessing Nuclear Proliferation Resistance. Draft. November
2002.
5. Heising C.D., Saragossi I., and Sharafi P. // Energy. 1980. 5. 1131.
6. Silvennoinen P., Vira J. // Prog. Nucl. En. 1986. V. 17(3). P. 231.
7. Papazaglou A., Gyftopoulos E. P., Miller M. et al. A Methodology for the Assessment of the Proliferation
Resistance of Nuclear Power Systems. Massachusetts Institute of Technology report MIT-El 78-02/022. September,
1978.
8. Krakowski R.A., Bathke C.G. LA-UR-97-2809. 1997.
9. Brogli R. and Krakowski R. A. Proliferation and the Civilian Nuclear Fuel Cycle: Towards a Simplified
Recipe to Measure Proliferation Risk. Paul Scherrer Institute document PSI Bericht Nr. (01-10. August, 2001).
10. Naoko Inoue et al. Proliferation Resistance Assessment Methodologies: Which Aspects are the Same or
Different? // Proceedings of the 46-th INMM Annual Meeting. July 10-14, 2005, Phoenix, Az, USA.
11. Man-sung Yim et al. Further study of a fuzzy logic based barrier method for quantitative assessment of
proliferation resistance of nuclear reactor systems. Abstracts of the 47-th INMM Annual Meeting. P. 125.