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濮励志:开发人工智能核电免灾系统 解决内陆空污问题

北极星电力网新闻中心  来源:中国核电信息网  作者:濮励志  2018/11/23 9:24:20  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 内陆核电 核电站 核电

北极星核电网讯:最近内陆核电是否在近期啓封话题趋热,世界核电运营者协会(WANO)官网WNN引用国家发展改革委员会文件,为达到2050年升温低於1.5℃,需要增建290 座机组约400GW,而反对者加码不仅卡死内陆,连渤海湾也有”难以承受之重”,要的是绝对安全保障,连亿万分之一也不允许。但是业界面临在建机组陆续完工,产业断链外销停滞和国际管制的严峻局势,大呼不能再折腾了!好吧,科技是在进歩的,笔者近年已经写过三篇稍露端倪,现在就直白一下,绝对安全是可以达到的。

自七十年代中期,美国麻省理工 采用航太工业的所谓 “或然率风险评估”Probability Risk Assessment (PRA) 理论,应用到核电站安全方面。计算一个複杂的系统工程出事率,把所有部件失效、人为失误加上天灾外因,详细加起来达到的整体失事率。例如民航机,近百年精益求精,其数徝可达到非常小,但是不是零。基本上人们出门不会怕搭飞机,对老旧机型或记录不良航空公司是有戒心的。用这种方法算出, 当时核电站堆心熔毁的可能性大约是每万年一次。1979 美国三哩岛事件时全世界有四百馀机组,距60年代起步约40年 (且不管出事的是不到四个月新机),世界平均机龄约20年,所以400 x 20 = 8000,非常接近预估万年一次,Rasmussen 教授因而沾沾自喜且名扬国际,PRA 於是成为举世核电法定标凖。其後爲力求降低其值, 开发斦谓非能动式三代机,此值降低约一百倍,但永远不是零。

以上理论对飞机火箭适用,但是对我们现用的第二、三代核机组有一基本数学误区:就是它假定终极灾难的 “不可逆转性” (Irreversibility)。不久前长征5号第二次升空,不幸失败举国悗惜,痛定思痛严格审查应可找出事因,但改正後实在也难保證下次绝对成功。相对的核连锁反应在功率运转时变化慢缓,尤其轻水式堆心失控升温时,有功率自然减缓特性,加上保护装置自动停机,其后余热迅速下降,永远不会发生爆炸。不同於化学反应及机械碰撞意外,瞬间爆发无法挽回,且后果巨大不可收拾。

为什麽世界三大核灾:1979 三哩岛、1984 切尔诺贝利和 2011 福岛还是发生?切尔诺贝利不是轻水式无此特性除外,三哩岛後美国从教训中学习到洩压注水的必要,用法律规定 PRA 方法作电站安全的标準,除了美国一百馀机组 ,全世界除了日本以外几乎所有都做了。很不幸,国人一向以为律己严厉又技术先进的东隣,只是翻译閲读查照归档。如果他们也严格执行 PRA 的要求,应该很容易发现福岛 1到6号机的紧急柴油发电和电池位於面海的地下室裏,他们已考虑到海啸的可能性,但只有6米高的堤防,拦不住14 米高的海啸。在日本下议院调查报告裏,结论 “岛国民族性” 墨守成规、尊重团队精神和对长官指示从不质疑,事件发生纯粹属 “日本製造”。奇怪的是有些人专注到媒体宣传的所谓 “福岛50勇士”,如何发挥武士道精神捨己救机救国,进而延申为 “连日本人都做不到的事,我们更不行,早收摊子算了!” 的结论。 台湾4站 7台半机组已近全废了,难道也要跟进?

彩票上亿的大奨无论中奖率多低,开奨後中的幸运儿兴高采烈,千万人没中罔然若失,都接受事实,这就是彩票不可逆转的规则,不能允许任何人等到七八个数字摇出来,再拿张空白票子照填进去领奬。然而,算不上20世纪最伟大科技产业的轻水式核堆,却被世人至今忽略它无比的优点,就是因变化缓慢并且逐渐减弱,这世界最宝贵的大奬—绝对安全—却可以合理的在几个钟头甚至几天前, 用高速计算加人工智能程序在灾难到达前示告,优秀的操作人员可以及时洩压、注水,等於是填进中奖号码,甚至一次不成功再来一次,永远走在前面,终至平安冷却。

所谓 “如果、万一、一但” 核灾发生则万劫不复云云,实为唯心论的臆测,没有必然发生的根据。如果最先进的核国家也没什麽好办法, 我们现在就找个好办法:用早已成熟的电站仿真程式,开发一套人工智能 AI 系统,帮助侦测事故起点,预知后续状况并且提供缓解方式。只要有多重及备份的电源、水源及高素质人员,完全有时间去校正事故,永远避免辐射外洩。

人工智能 AI 系统早已普遍使用,下图示 “人工神经网络” (Artificial Neural Network) ANN 学习自动驾驶汔车,取材於 Tom Mitchell 1997 年版教科书 “Machine Learning”。 从驾驶座看前方路况,系统用左右两个声纳探测器,记录左右32和前後30共 960个影像神经元 (Neuron) 比重,时速在100公里以下时可以用AI 操作方向盘、油门和煞车,相对安全的自动行驶。如今特斯拉自驾车等已不是新闻,高挡的新车虽不自驾,也装有比较简单的防撞警示系统。

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我们完全可以应用同样的原理和工具,开发一套人工智慧诊断核电异常并改正的系统。简介如下:

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上图左边是输入电站参数,用ANN中 “误差反向传播”(back propagation) 算法,得知右边最重要的安全参数,例如堆心然料包鞘表面温度,然后与已知大数据库相关参数比对,如不一致则进入异常状况,大数据库为所有可能发生的事故分析成果,包含机件、人为、天灾等案例,预先输入此系统,让机器学习并且建立运算法则 (Algorithm)。其后步步为营,于是全盘掌控不在话下。我们已完成正常运转时发生小破管泄漏的 AI 侦测演算法,下图在降载 90%,稳压器顶端泄压阀发生泄漏,堆心热功率为了补偿热流损失自动抽棒上升,人工神经网络 ANN计算的功率比高速仿真和实际功率更大,ANN演算法明确指示并估算泄漏大小,操作员可及时采取应变措施。

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同样起源於美国麻省理工,自七O年代起最早领头反核的 “科学家関心联盟” (Union of Concerned Scientists),有全世界为数最多的诺贝尔奖得主会员,和不收一文企业捐款的独立性。自两千年代中叶改变其政策, 舍弃单纯反核,改为监督政府核管执行,经常列席专项核安咨询聼证会,其主管David Lochbaum 曾徵询我公司,探索采用高速电脑分析可能性,我们就免费提供了,作他们自用工具。就在几天前 (2018.11.9) UCS 全面改弦更张宣佈: 鍳於美国三分之一的核电站将於十年内关闭,暖化将极端恶化,建议开徵碳税贴补非碳能源,包括核能免於过早除役。 该讯息可以很容易的在搜寻网站裏查證,所以国际主潮流转了180度,要明查!

下一步是累积所有事故案例,建立AI 训练整体算法,工作量当然很大,要反复测试确保整体运行和顺,可侦测任何非预知的事故,然后接上实体电站测试,目标是在不影响正常运转情况下装上此附加系统,从此一劳用逸永保无灾, 免得争辩不休。新建机组自然附上此原装系统,也算得上是新一代造福人类的重器。任重,事艰而道不甚远,是完全可行的。

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濮励志简历

安徽安庆人,1946年生,台湾大学物理系本科,英国 Manchester大学物理博士,美国安娜堡密西根大学博士后, 核能热工水力及辐射研究。1980 年任职拥有三里岛的 GPU公司,参与二号机善后及一号机改良工程, 1985 年创办 Micro-Simulation Technology 公司,专业核能仿真软件开发,获联合国 IAEA及数十国百余机构采用。自1996年起,担任 IAEA 年度 “Advanced Reactor Simulation" 讲习班主任讲席 Lecturer Director。

Dr. Li-Chi C. Po , Micro-Simulation Technology 经理; 10 Navajo Court, Montville, New Jersey 07045, USA, Tel: 1-973-263-7327/

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原标题:濮励志:开发人工智能核电免灾系统,解决内陆空污问题

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