Diversitätsbewertung von komplexen elektronischen Komponenten in sicherheitstechnischen Einrichtungen von Kernkraftwerken

Insgesamt haben die dabei 37 komplexe elektronische Komponenten (KEK) von fünf verschiedenen Herstellern hinsichtlich diversitärer Sicherheitsaspekte untersucht, darunter 6 CPLDs und 31 FPGAs. Bei CPLDs und FPGAs handelt es sich um programmierbare logische Schaltungen, die auch in vielen herkömmlichen Geräten wie Smartwatches oder Spielekonsolen verbaut sind. Sie können zunehmend Aufgaben übernehmen, die früher von Mikroprozessoren in PCs ausgeführt wurden.

KEK werden in Kernkraftwerken seit mittlerweile mehr als zehn Jahren eingesetzt und kommen vor allem im internationalen Umfeld in modernen Leittechniksystemen zunehmend auch für komplexe Aufgaben zum Einsatz. Bei der Diversitätsbetrachtung solcher Leittechniksysteme müssen KEK berücksichtigt werden, um ausreichende Vorkehrungen zur Vermeidung von gemeinsam verursachten Ausfällen (GVA) zu treffen. Vor diesem Hintergrund hat die GRS Diversitätsmerkmale erarbeitet, mit denen der Einsatz mehrerer KEK für sicherheitstechnisch wichtige Anwendungen bewertet werden kann.

Untersuchungskriterien aus nationalen und internationalen Normen und Standards abgeleitet

In einem ersten Schritt wurden Untersuchungskriterien anhand von Anforderungen verschiedener nationaler und internationaler kerntechnischer Normen und Standards abgeleitet. Bereits in GRS 441 wurden Normen und Standards mit Anforderungen an Software in softwarebasierten und programmierbaren Leittechniksystemen beschrieben, von denen einige auch Hinweise auf zu untersuchende Aspekte bei KEK enthalten. Darüber hinaus wurden Standards und Normen berücksichtigt, die sich explizit mit dem Einsatz von KEK in softwarebasierten und programmierbaren Leittechniksystemen befassen.

Die Forschenden untersuchten detailliert die hardwareseitige Herstellung und Entwicklung der 37 ausgewählten KEK anhand öffentlich verfügbarer Informationen, wobei verschiedene relevante Aspekte (grundlegende Architektur, Speicherarten, Taktmanagement, Temperaturbereich, Strahlungsresistenz etc.) betrachtet wurden. In kleinerem Umfang wurde zudem eine Untersuchung zu Software-Werkzeugen durchgeführt, die für die Entwicklung von KEK eingesetzt werden können.

Neue Diversitätsmerkmale erarbeitet

Aufbauend auf den Erkenntnissen wurden die Untersuchungskriterien dahingehend bewertet, inwieweit sie für die Diversitätsbewertung im Hinblick auf die Auswahl von KEK anwendbar sind. Die Diversitätsmerkmale lassen sich in die Themenblöcke „Gehäuse“, „Architektur und Charakteristik“, „Softwareerstellung“ sowie „Entwicklung und Fertigung der Hardware“ einteilen.

Das diesem Bericht zugrunde liegende Forschungsvorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit durchgeführt.