確保下一代核反應堆的數字技術安全

所有創新都會帶來可能改變行業的潛在利益,但也會帶來潛在風險。在核能領域,包括小型模塊堆在內的先進核反應堆正在納入創新技術,特別是產生新穎解決方案的數字技術。

人們對小型模塊堆的興趣日益濃厚。這些先進核反應堆具有有限的電功率,通常每臺機組最高300兆瓦,約為傳統核反應堆發電能力的三分之一。然而,在這些新反應堆中使用尖端的數字技術在核安全和核安保方面帶來了新的挑戰。全球有80多種處于不同發展階段的小型模塊堆設計和概念。

“部署小型模塊堆的一個挑戰是如何在保持遵守核安全和核安保標準的同時,加快其技術發展,并展示其準備水平。”國際原子能機構(IAEA)信息技術安全官員Rodney Busquim e Silva說,“這加強了在小型模塊堆壽期中考慮和維護數字儀器儀表和控制以及計算機安全解決方案的必要性。”

英國計算機安全專家 Mike St.John Green說:“交換信息的必要性可能會引入網絡犯罪分子可以利用的途徑,因此需要對通信基礎設施進行強有力的網絡安全考慮。”

計算機化解決方案和挑戰

小型模塊堆的創新設計依賴于數字儀器儀表和控制系統來實現其創新功能。自動化、遠程監控和維護以及其他新功能所需的數字技術的增加,突出了對計算機化解決方案的需要。

一些小型模塊堆的設計是為了在偏遠地區部署核電和減少現場工作人員數量,這可能導致需要持續可靠的遠程監控。鑒于數字儀器儀表和控制系統的設計,應用計算機安全措施應是小型模塊堆現場與支持中心之間安全通信的先決條件。“交換信息的必要性可能會引入網絡犯罪分子可以利用的途徑,因此需要對通信基礎設施進行強有力的網絡安全考慮。”英國計算機安全專家Mike St.John Green表示,“遠程操作必須保護信息的保密性、可用性和完整性,以確保小型模塊堆和相關基礎設施的安全可靠運行。”

人工智能和機器學習也支持小型模塊堆的運行。人工智能技術可創造能夠處理復雜問題的系統,而機器學習技術則學習如何基于數據完成特定任務。核工業試圖通過將核設施和監控系統的數字模擬與人工智能系統相結合,來優化復雜的功能,從而提高運行效率。然而,這些好處確實伴隨著網絡攻擊的可能性。例如,人工智能和機器學習所需的基于軟件算法依賴于數據庫,而這些數據庫可能會被操縱,從而導致人工智能的錯誤決策。

來自中國的清華大學博士生Si Wen說:“這些系統在開發過程、交付或軟件安裝過程中,可能會受到代碼注入的影響,例如,故意向它們輸入損壞的數據。總的挑戰是如何使人工智能和機器學習算法具有足夠的透明度。必須以可接受的風險水平對人工智能和機器學習的可接受使用進行明確定義。”

安保始于設計

專家們一致認為,核設施的計算機安全必須從一開始就加以考慮。這種積極主動的作法被稱為“安保始于設計”,它借鑒了最佳實踐和經驗教訓,并執行一種“始于設計”的概念,這種概念同樣適用于核安全、核保障和核退役。

“計算機安全始于設計”旨在通過一種方案從源頭上降低安保風險,這種方案考慮在設施壽期或流程的所有階段采取系統和一致的安保。“在小型模塊堆的整個壽期中,從設計到運行再到退役,都需要考慮和維護計算機安全措施。”Busquim e Silva說,“當從一開始就考慮安保(包括網絡安全)時,設施開發者可以作出將使設施更安全可靠、更高效和更具成本效益的設計選擇。”

國際原子能機構的作用

IAEA將來自核組織和其他組織的專家聯系起來,討論和確定與小型模塊堆的技術和運行特性有關的計算機安全相關問題和挑戰。例如,2022年2月,原子能機構主辦了一次小型模塊堆儀器儀表和控制系統與計算機安全技術會議,以促進國際專家之間的合作和信息交流。與會者一致認為,有必要協調各國的方案和法規,以使小型模塊堆國際市場變得可行。“標準化小型模塊堆的儀器儀表和控制方案開啟了一個全新的技術領域。新操作模式所需的自動化程度不斷提高,以及數字系統的廣泛使用,要求從設計層面采取計算機安全措施和工程解決方案,以確保電廠的安全可靠運行,”出席會議的阿根廷核管局代表Jorge Casanova說。

2023年3月,原子能機構還舉辦了一次講習班,進一步探討小型模塊堆計算機安全及儀器儀表和控制相關技術能力的發展。此外,原子能機構計劃于2024年就該主題啟動一個協調研究項目。