in US Nuclear Facilities Annie Kammerer EERI Annual - - PowerPoint PPT Presentation

¡ ¡

Annie ¡Kammerer ¡ EERI ¡Annual ¡Meeting ¡ February ¡2013 ¡

in ¡US ¡Nuclear ¡Facilities ¡

¡ This title implies there are “usual” and “unusual”

• earthquakes. We don’t know enough to make that

distinction and the idea is counterproductive to goal

• f reducing risk by instilling false confidence.

¡ In reality, there is a range of behaviors that can

• ccur on faults. We need to fully characterize the

distribution of behavior using a methodical approach (and an open mind) if we hope to assess ground motion and its inherent uncertainties for any site (and to reduce risk).

¡ We shouldn’t confuse real risk and perceived risk

¡ Risk-informed regulatory framework ¡ Structured hazard and risk assessment methods

that provide both best estimates and uncertainties (impact of rare events on risk can be quantified)

¡ Rare ground motion levels used in performance-

based design approaches

§ 10-4 to 10-5 annual probability of exceedance ¡ Designs are checked against risk objectives ¡ Defense-in-depth concept

• PSHA ¡is ¡the ¡approach ¡required ¡by ¡the ¡NRC ¡
• Regulatory ¡Guide ¡1.208 ¡described ¡high ¡level ¡

requirements ¡and ¡points ¡to ¡the ¡SSHAC ¡ guidelines ¡for ¡implementation ¡of ¡PSHA ¡ studies ¡

• PSHA ¡is ¡input ¡to ¡performance-­‑based ¡design ¡

framework ¡described ¡in ¡ASCE ¡43-­‑05 ¡

• NUREG/CR-­‑6372, ¡“Recommendations ¡for ¡

Probabilistic ¡Seismic ¡Hazard ¡Analysis: ¡Guidance ¡on ¡ Uncertainty ¡and ¡Use ¡of ¡Experts” ¡ ¡

• Developed ¡in ¡the ¡1980s ¡as ¡a ¡result ¡of ¡differing ¡NRC ¡

and ¡EPRI ¡Seismic ¡Hazard ¡Assessment ¡Studies ¡ ¡-­‑ ¡the ¡ method ¡used ¡to ¡engage ¡experts ¡differed ¡more ¡than ¡ the ¡technical ¡input ¡

• SSHAC ¡provides ¡a ¡framework ¡for ¡incorporating ¡

experts ¡into ¡scientific ¡assessments ¡through ¡ structured ¡processes ¡and ¡interactions ¡

Original ¡report ¡ provides ¡framework. ¡ New ¡report ¡provides ¡ additional ¡details. ¡Both ¡ describe ¡how ¡to ¡ undertake ¡studies ¡that ¡ develop ¡hazard ¡ assessment ¡models ¡

NUREG/CR-6372 NUREG 2117 (1989) (2012)

¡ Objective is to develop a model that

represents the center, body and range of technically defensible interpretations of the available data

§ Center-best estimate § Body-shape of the distribution § Range-extreme values of the distribution

¡ Achieved through a process with well

defined evaluation and integration phases

¡ Compilation of comprehensive databases

§ made available to all participants

¡ Defined roles and responsibilities for participants

§ Technical Integration (TI) Team: Evaluate data, methods and

models and develop distribution capturing center, body and range of technically-defensible interpretations

§ Participatory Peer Review Panel (PPRP): Continuous

process and technical review

§ Resource Experts (neutral experts on a dataset or topic) § Proponent Experts (support an interpretation or model)

¡ Structured sequence of steps, including 3

formal workshops

§ WS1: Data needs and critical issues

▪ Probe the datasets available, identify and other data, and identify and discuss the critical issues

§ WS2: Proponent viewpoints and alternatives

▪ Proponents experts go through a process of discussion, challenge and defense

§ WS3: Investigation of the preliminary model

Process and Technical Review PPRP Evaluation of Models to Form Composite Distribution TI Team Hazard ¡sensitivity ¡ calculations ¡ Preliminary ¡database ¡

WORKSHOP ¡1: ¡Hazard ¡Sensitive ¡ Issues ¡and ¡Data ¡Needs ¡

Resource ¡ Experts ¡ Additional ¡data ¡collection ¡& ¡analysis ¡

WORKSHOP ¡2: ¡Review ¡of ¡Database ¡and ¡ Discussion ¡of ¡Alternative ¡Models ¡ Resource ¡Experts ¡ Proponent ¡Experts ¡

Final ¡database ¡ Preliminary ¡SSC ¡and ¡ GMC ¡models ¡

WORKSHOP ¡3: ¡Presentation ¡of ¡Models ¡and ¡ Hazard ¡Sensitivity ¡Feedback ¡

Final ¡SSC ¡and ¡GMC ¡models, ¡then ¡final ¡hazard ¡calculations, ¡ Documentation ¡of ¡all ¡technical ¡bases ¡ Database Compilation Technical Staff & Contractors

Uncertainty ¡

Aleatory ¡

Natural ¡variability ¡ Not ¡reducible ¡ Addressed ¡through ¡integration ¡

• ver ¡ ¡parameter ¡distributions ¡

Epistemic ¡

Modeling ¡or ¡knowledge ¡ uncertainty ¡ Reducible ¡with ¡more ¡ information ¡ Addressed ¡through ¡use ¡of ¡a ¡ logic ¡tree ¡

Uncertainty ¡

Aleatory ¡

¡ ¡ ¡ ¡ Integration ¡over ¡distribution ¡of ¡ expected ¡parameter ¡values ¡

Epistemic ¡

logic ¡tree ¡of ¡ ¡technically ¡ defensible ¡interpretations ¡

Uncertainty ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Aleatory ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Epistemic ¡

Acceleration ¡(g) ¡ Annual ¡Prob ¡of ¡ ¡Exceedance ¡

Aleatory ¡ variability ¡gives ¡ the ¡curve ¡its ¡

• shape. ¡

Epistemic ¡ uncertainty ¡leads ¡ to ¡uncertainty ¡ bands ¡

85% Median 15%

PSHA ¡

Seismic ¡Source ¡ Characterization ¡Model ¡

Provides ¡the ¡characterization ¡for ¡all ¡ seismic ¡sources ¡that ¡may ¡impact ¡a ¡site ¡of ¡

• interest. ¡The ¡SSC ¡model ¡is ¡in ¡the ¡form ¡of ¡

a ¡logic ¡tree ¡composed ¡of ¡ ¡the ¡full ¡suite ¡of ¡ alternative ¡technically ¡defensible ¡ interpretations ¡of ¡the ¡earth ¡science ¡data. ¡ The ¡logic ¡tree ¡accounts ¡for ¡epistemic ¡

• uncertainty. ¡Aleatory ¡variability ¡is ¡

incorporated ¡for ¡specific ¡parameters ¡as ¡

• appropriate. ¡

Ground ¡Motion ¡ Characterization ¡Model ¡

Provides ¡a ¡distribution ¡of ¡predicted ¡ ground ¡motions ¡for ¡a ¡particular ¡ magnitude ¡distance ¡scenario ¡earthquake. ¡ ¡ The ¡GMC ¡model ¡is ¡in ¡the ¡form ¡of ¡a ¡logic ¡ tree ¡composed ¡of ¡ ¡Ground ¡Motion ¡ Prediction ¡Equation ¡(GMPEs) ¡to ¡account ¡ for ¡epistemic ¡uncertainty. ¡Each ¡GMPE ¡ incorporates ¡aleatory ¡variability. ¡ PUBLISHED ¡ ¡ January ¡2012 ¡

PSHA ¡

Seismic ¡Source ¡ Characterization ¡Model ¡

Provides ¡the ¡characterization ¡for ¡all ¡ seismic ¡sources ¡that ¡may ¡impact ¡a ¡site ¡of ¡

• interest. ¡The ¡SSC ¡model ¡is ¡in ¡the ¡form ¡of ¡

a ¡logic ¡tree ¡composed ¡of ¡ ¡the ¡full ¡suite ¡of ¡ alternative ¡technically ¡defensible ¡ interpretations ¡of ¡the ¡earth ¡science ¡data. ¡ The ¡logic ¡tree ¡accounts ¡for ¡epistemic ¡

• uncertainty. ¡Aleatory ¡variability ¡is ¡

incorporated ¡for ¡specific ¡parameters ¡as ¡

• appropriate. ¡

Ground ¡Motion ¡ Characterization ¡Model ¡

Provides ¡a ¡distribution ¡of ¡predicted ¡ ground ¡motions ¡for ¡a ¡particular ¡ magnitude ¡distance ¡scenario ¡earthquake. ¡ ¡ The ¡GMC ¡model ¡is ¡in ¡the ¡form ¡of ¡a ¡logic ¡ tree ¡composed ¡of ¡ ¡Ground ¡Motion ¡ Prediction ¡Equation ¡(GMPEs). ¡The ¡logic ¡ tree ¡accounts ¡for ¡epistemic ¡uncertainty. ¡ Each ¡GMPE ¡incorporates ¡aleatory ¡ variability ¡through ¡“sigma”. ¡ IN ¡PROGRESS ¡ January ¡2014 ¡

Risk ¡

Seismic ¡Load ¡

• Determined ¡by ¡PSHA ¡
• Defined ¡in ¡terms ¡of ¡

hazard ¡curves ¡and ¡ response ¡spectra ¡

• Uncertainty ¡is ¡explicitly ¡

quantified ¡using ¡modern ¡ approaches ¡

Capacity ¡

• Fragility ¡curves ¡quantify ¡

capacity ¡of ¡individual ¡ structures, ¡systems ¡and ¡ components ¡

Risk ¡

Seismic ¡Load ¡ Capacity ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Seismic ¡Motion ¡Parameter ¡ Frequency ¡of ¡Exceedance ¡

Pi ¡

Seismic ¡Motion ¡Parameter ¡ Conditional ¡Probability ¡of ¡Failure ¡

i ¡

SPRA ¡

Seismic ¡Load ¡ Capacity ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Seismic ¡Motion ¡Parameter ¡ Frequency ¡of ¡Exceedance ¡

Pi ¡

Seismic ¡Motion ¡Parameter ¡ Conditional ¡Probability ¡of ¡Failure ¡

i ¡

Systems ¡Analysis ¡

Event ¡trees, ¡Fault ¡trees, ¡ Containment ¡Analysis ¡

SPRA ¡

• Plant ¡capacity ¡and ¡risk ¡assessed ¡in ¡SPRA ¡
• Systems ¡model ¡used ¡to ¡develop ¡plant-­‑level ¡fragility ¡

curves ¡for ¡core ¡damage ¡

• SPRA ¡provides ¡information ¡on ¡the ¡SSCs ¡that ¡

contribute ¡most ¡to ¡risk ¡

• Plant ¡capacity ¡improved ¡through ¡systems ¡design ¡

and ¡redundancy ¡

Defense-­‑in-­‑depth ¡ ¡(IAEA ¡INSAG-­‑10 ¡(1996)) ¡

¡

1.

The ¡first ¡level ¡ ¡is ¡prevention ¡of ¡abnormal ¡operation ¡and ¡system ¡failures ¡ (good ¡design, ¡construction, ¡and ¡maintenance/operations) ¡

2.

If ¡the ¡first ¡level ¡fails, ¡abnormal ¡operation ¡is ¡controlled ¡or ¡failures ¡are ¡ detected ¡by ¡the ¡second ¡level ¡of ¡protection ¡(appropriate ¡response ¡to ¡ problems ¡to ¡bring ¡plant ¡back ¡to ¡normal ¡operations) ¡

3.

The ¡third ¡level ¡ensures ¡that ¡safety ¡functions ¡are ¡further ¡performed ¡by ¡ activating ¡specific ¡safety ¡systems ¡and ¡other ¡safety ¡features ¡(accident ¡ prevention ¡through ¡additional ¡emergency/safety ¡systems) ¡

4.

¡The ¡fourth ¡level ¡limits ¡accident ¡progression ¡through ¡accident ¡management, ¡ so ¡as ¡to ¡prevent ¡or ¡mitigate ¡severe ¡accident ¡conditions ¡with ¡external ¡ releases ¡of ¡radioactive ¡materials ¡(accident ¡mitigation ¡and ¡containment) ¡

5.

¡The ¡last ¡objective ¡(fifth ¡level ¡of ¡protection) ¡is ¡the ¡mitigation ¡of ¡the ¡ radiological ¡consequences ¡of ¡significant ¡external ¡releases ¡through ¡the ¡off-­‑ site ¡emergency ¡response ¡(emergency ¡response) ¡

Deterministic ¡Approach ¡ to ¡Hazard ¡ ¡ Probability ¡and ¡risk ¡were ¡ not ¡considered ¡

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Fukushima ¡Lessons ¡ Learned ¡Report ¡with ¡ Significant ¡ Recommendations ¡ for ¡changing ¡NRC ¡ regulations ¡and ¡ practices ¡ ¡ ¡ NRC ¡ML111861807 ¡

26

27

¡ 50.54(f) ¡RFI ¡Letter ¡issued ¡

March ¡12, ¡2012 ¡ ¡

¡ Enclosure ¡1: ¡Seismic ¡hazard ¡

and ¡risk ¡reevaluation ¡

¡ Enclosure ¡3 ¡Seismic ¡Walkdowns ¡

28 ¡

Ongoing Near ¡term ¡ Long ¡term ¡ 2.3 ¡ 2.1 ¡ 2.2 ¡ Walkdowns ¡ Hazard ¡ evaluation ¡ Risk evaluation Regulatory ¡ Actions ¡ 10 ¡year ¡ update ¡

Walkdowns ¡to ¡assure ¡plants ¡are ¡meeting ¡licensing ¡ basis ¡and ¡to ¡look ¡for ¡potential ¡seismic ¡issues. ¡ Reports ¡due ¡November ¡2012. ¡Some ¡equipment ¡ delayed ¡until ¡outage. ¡ Hazard ¡evaluation ¡due ¡in ¡18 ¡months ¡for ¡NPPs ¡ within ¡the ¡CEUS ¡SSC ¡model ¡area. ¡3 ¡years ¡for ¡ western ¡US ¡NPPs ¡performing ¡SSHAC ¡level ¡3 ¡

• studies. ¡Plant-­‑specific ¡site ¡response.

¡ Risk ¡results ¡due ¡3-­‑4 ¡years ¡after ¡hazard. ¡SMAs ¡only ¡ allowed ¡for ¡small ¡exceedance ¡levels. ¡SPRAs ¡ allowed ¡for ¡all ¡exceedances, ¡but ¡required ¡for ¡large ¡

• exceedances. ¡

After ¡receiving ¡the ¡information ¡from ¡the ¡SPRA ¡and ¡ SMA ¡analyses, ¡the ¡NRC ¡will ¡determine ¡appropriate ¡ regulatory ¡actions. ¡ Rulemaking ¡to ¡require ¡a ¡reevaluation ¡every ¡10 ¡ years. ¡ 11/2012 ¡ (+outages) ¡ 9/2013 ¡ (CEUS) ¡ 3/2015 ¡ (WUS) ¡ 3 ¡years ¡after ¡ hazard ¡ Depends ¡on ¡ findings ¡ Rulemaking ¡ timeline ¡

Japanese ¡Diet ¡(congress) ¡ report ¡from ¡the ¡1st ¡ independent ¡commission ¡ ever ¡formed ¡in ¡Japan. ¡ ¡ Outstanding ¡and ¡complete ¡ explanation, ¡easy ¡to ¡read, ¡ honest, ¡technically ¡superb ¡ and ¡fascinating! ¡