A graded approach for nuclear security management of research reactors

Abstract

The research described in this thesis provides a detailed methodology to develop a Research Reactor Nuclear Security Management (RR-NSM) graded approach. The RR-NSM graded approach determines the effort and resources needed for establishing the Physical Protection System (PPS) for research reactors. The methodology takes into consideration specifics of research reactors, tailored to a research reactor’s purposes.The fundamental principle of the RR-NSM graded approach is in line with recommendations of the International Atomic Energy Agency (IAEA) and considers threat evaluation, attractiveness of assets based on their properties and potential consequences associated with a malicious act at a research reactor [1]. The RR-NSM graded approach will serve as an effective tool assisting the decisions makers on the course of development or review of PPS and security strategies for a research reactor. The overall attractiveness of assets at a research reactor is calculated considering two factors: consequences of a malicious act involving an asset and the attractiveness determined by the asset’s properties. The level of an asset’s attractiveness is then determined as very low, low, moderate, high, or very high.Furthermore, the RR-NSM graded approach describes two methods to evaluate the PPS effectiveness for any potential malicious act scenario. These two approaches for PPS effectiveness evaluation are: one for outsiders and one for insiders. In addition, a combined approach can be used in case of a collusion of an outsider and an insider scenario. The level of PPS effectiveness for an asset is then determined as very low, low, moderate, high, or very high.The developed RR-NSM graded approach was applied in three differed case studies for which four different scenarios of malicious acts were developed. Due to the confidentiality of real security related information on existing nuclear facilities, the hypothetical facility - the Shapash Nuclear Research Institute developed by the IAEA, was used. One case study describes a scenario of outsiders in collusion with an insider and three other scenarios for insiders. For the purpose of this research the layout of Shapash Nuclear Research Institute was modified to create a hypothetical radioisotope production facility. This allowed to create a realistic scenario involving other radioactive material.The case studies allowed to demonstrate the application of the RR-NSM graded approach and demonstrated how to:•Evaluate attractiveness of assets at a research reactor facility.•Evaluate effectiveness of PPS in described scenarios. •Evaluate the balance between established PPS arrangements effectiveness and attractiveness of assets.•List potential improvements in PPS based on the evaluated balance.This research demonstrates the strengths of the RR-NSM graded approach in assessing PPS, particularly its ability to tailor security measures to the specific attractiveness of assets and potential threat scenarios. However, challenges such as the complexity of the analysis and the need for strict confidentiality protocols are identified as potential limitations. The results emphasize the importance of integrating and developing user-friendly software tools to streamline the practical application of the methodology and suggest that future work should focus on expanding the accessibility of the RR-NSM graded approach through enhanced training and the development of secure data management protocols.

In den letzten Dekaden sind die Anforderung der physischen Sicherung von Forschungsreaktoren parallel mit den Sicherungsanforderungen von Kernkraftwerken angestiegen. In der vorliegenden Arbeit wurden diese Anforderungen in Relation zu den Sicherungsmaßnahmen untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es ein Verfahren eines angepassten Sicherungsmanagement für Forschungsreaktoren (RR-NSM) zu entwickeln.. Der Ansatz des RR-NSM verringert den Aufwand und die Ressourcen, die für das physische Sicherungssystems (PPS) von Forschungsreaktoren erforderlich sind. Die Methodik berücksichtigt die Besonderheiten von Forschungsreaktoren und ist auf die spezifischen Zwecke eines Forschungsreaktors zugeschnitten. Das grundlegende Prinzip der Anpassung des RR-NSM entspricht den Empfehlungen der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) und berücksichtigt die Bedrohungsbewertung, die Attraktivität des Zielmaterials basierend auf ihren Eigenschaften und die potenziellen Folgen, die mit einem böswilligen Akt in einem Forschungsreaktor verbunden sind [1]. Der angepasste Ansatz des RR-NSM wird als effektives Instrument dienen, das die Entscheidungsträger bei der Entwicklung oder Überprüfung von PPS und Sicherheitsstrategien für einen Forschungsreaktor unterstützt.Die Gesamtattraktivität eines Zielobjektes in einem Forschungsreaktor wird unter Berücksichtigung von zwei Faktoren berechnet: den Folgen eines böswilligen Akts, der ein Zielobjekt betrifft, und der Attraktivität, die durch die Eigenschaften des Zielobjektes bestimmt wird. Die Größe der Attraktivität eines Zielobjektes wird dann als sehr niedrig, niedrig, moderat, hoch oder sehr hoch bestimmt.Das für Forschungsanlagen angepasste Nuclear Security Managementsystem (NSM) wurde in drei unterschiedlichen Fallstudien mit vier möglichen Abläufen von Sicherungsangriffen untersucht. Auf Grund der Vertraulichkeit der Sicherungsvorkehrungen bei realen Nuklearanlagen wurde eine von der IAEO hypothetische Nuklearanlage „SHAPASH“ für die vorliegenden Untersuchungen verwendet.Eine der Fallstudien untersucht eine Aktion einer außenstehenden Gruppe in Kooperation mit einem Insider, die drei anderen Fallstudien behandeln Insider Aktionen. Für diese Fallstudien wurde die hypothetische Shapash Anlage modifiziert, um zusätzlich eine Anlage zur Radioisotopen-Produktion ebenfalls untersuchen zu können. Dadurch ist es möglich ein realistisches Szenario für radioaktive (medizinische) Strahlenquellen mit einzubeziehen. Diese Fallstudien erlauben es, mittels dem angepassten NSM folgende Sicherungsaspekte genauer zu untersuchen:•Wie attraktiv sind Einrichtungen und Materialien eines Forschungsreaktors?•Wie effektiv sind Sicherungseinrichtungen in den beschriebenen Fallstudien?•Gegenüberstellung der Sicherungseinrichtungen zur Attraktivität der Materialien•Vorschlag zur Verbesserung der Sicherungssysteme auf Grund der Ergebnisse der FallstudienDiese Forschung zeigt die Stärken des Ansatzes des RR-NSM bei der Bewertung von PPS auf, insbesondere seine Fähigkeit, Sicherungsmaßnahmen an die spezifische Attraktivität von Zielobjekten und potenziellen Bedrohungsszenarien anzupassen. Allerdings werden Herausforderungen wie die Komplexität der Analyse und die Notwendigkeit strikter Vertraulichkeitsprotokolle als potenzielle Einschränkungen identifiziert. Die Ergebnisse betonen die Bedeutung der Integration und Entwicklung benutzerfreundlicher Software-Tools, um die praktische Anwendung der Methodik zu vereinfachen. Es wird vorgeschlagen, dass zukünftige Arbeiten sich auf die Erweiterung der Zugänglichkeit des Ansatzes des RR-NSM durch verbesserte Schulungen und die Entwicklung sicherer Datenmanagement-Protokolle konzentrieren sollen.