Опромінення й радіаційний захист персоналу уранових шахт

Ядерно-паливний цикл починається з видобутку уранової руди — базової сировини для виробництва ядерного палива. В Україні цей процес відбувається підземним способом і в технологічному плані мало чим відрізняється від видобутку залізних руд на Криворіжжі чи в Запорізькій області.

Моторошні історії про заслання на уранові копальні як «квиток в один кінець» для засуджених до смертної кари в Радянському Союзі — це лише чутки, породжені інформацією про нестерпні умови ГУЛАГу в поєднанні з незнанням істинних радіоактивних властивостей уранових руд.

Разом із тим, у радіаційному відношенні видобуток урану є досить небезпечною, а за деякими даними, — найнебезпечнішою для працівників стадією ядерно-паливного циклу. Тяжкі фізичні умови підземної праці супроводжуються значними дозами опромінення як зовнішнього від гамма-випромінювання, так і внутрішнього від радону та продуктів його розпаду, а також від довгоживучих радіонуклідів радію, торію і урану, які містяться в урановій сировині.

Отже, видобування урану супроводжується радіаційними ризиками, як для самих працівників шахт, так і для населення, яке проживає в зоні впливу уранових об’єктів.

Через безпосередній контакт із радіоактивним матеріалом працівників уранових шахт відносять до персоналу категорії А. Діяльність уранових об’єктів, захист персоналу, населення та охорона довкілля від впливу іонізуючого випромінювання, а також особливості соціального захисту персоналу уранових об’єктів та населення через вплив випромінювання регулює Закон України «Про видобування та переробку уранових руд».  

Українська урановидобувна промисловість представлена двома діючими шахтами — Смолінською (близько 1900 працівників) та Інгульською (1600 працівників), розташованими в Кіровоградській області. Обидві шахти входять до складу Державного підприємства «Східний гірничо-збагачувальний комбінат» (ДП «СхідГЗК»). Крім того, до складу ДП «СхідГЗК» входить Новокостянтинівська шахта, на якій триває дослідно-промисловий видобуток уранової руди в рамках розвитку потужностей.

Організаційно процес видобування уранової руди практично такий самий, як і на вугільних чи залізорудних шахтах. Працівники шахт спускаються підйомником по стволу шахти у вибої, де розробляють поклади руди (в Україні — буро-вибуховим способом), яку транспортують до стовбура,  яким підіймають її на поверхню.

Індивідуальний захист працівників шахт від шкідливих виробничих факторів, як і всюди, забезпечується спеціальним робочим одягом, касками, респіраторами тощо.

Відповідно до вимог норм та правил з радіаційної безпеки, до підземних робіт допускаються працівники, які за висновком медичної комісії не мають протипоказань за станом здоров’я, пройшли навчання та перевірку знань з питань радіаційної безпеки, загальні інструктажі зі своїх спеціальностей. Медичний огляд гірники, які зазнають впливу іонізуючого випромінювання, проходять перед початком роботи та періодично, не рідше одного разу на рік. Медогляд працівників шахт обов’язковий і в разі їх звільнення.

 

Джерела радіаційної небезпеки

Уранова руда, що видобувається на уранових об’єктах, містить усі елементи ланцюжка розпаду урану-238 і урану-235, що перебувають у радіоактивній рівновазі. Радіаційний фон від уранової руди прямолінійно залежить від вмісту самого урану і для уранових руд України він незначний, так як концентрація урану-238 у ній дуже невелика — у середньому 1,5 кг на тонну руди.

Але і в українських уранових шахтах є рудні поклади з доволі високим вмістом урану, де працівники шахт зазнають доволі значного впливу зовнішнього гамма-опромінення від геологічних порід, що потребує додаткового їх захисту.

Схематична будова Смолінської уранової шахти. Джерело: Міністерство палива та енергетики України

Більш небезпечним є інертний газ радон, який виділяється під час видобування уранової руди. Період його напіврозпаду становить менше 4‑х діб, протягом цього періоду утворюються короткоживучі дочірні продукти розпаду (ДПР) радону: полоній-218, свинець-214, вісмут-214 і полоній-214.

Ці радіонукліди зв’язуються з частинками рудного пилу, що зависають у повітрі шахти, і потрапляють до організмів гірників через органи дихання, відкладаючись у дихальному тракті та легенях. Через короткий період напіврозпаду (менше півгодини) вони формують досить високу дозу опромінення в легеневих тканинах до їх виведення. Яку саме дозу опромінення отримає працівник, залежить від активності ДПР, як безпосередньо в повітрі робочої зони, так і в частинках пилу та їх дисперсії.

Тривалий вплив альфа- і бета-частинок ДПР — полонію-218 і полонію-214 підвищує ризик розвитку раку легенів — професійного захворювання працівників уранових об’єктів.

Крім того, працівники уранових шахт зазнають опромінення довгоживучими радіонуклідами, що містяться в пилу (ДЖАУ), яке залежить від вмісту урану в ньому, способів видобування, а також проведення заходів боротьби з пилом.

Фізіологічно аерозольні частки рудного пилу розміром 20 мікронів і більше в основному залишаються у верхніх дихальних шляхах і видаляються відкашлюванням у перші години після закінчення робіт; пилові частинки 5 мікронів — досягають нижніх дихальних шляхів і альвеол легенів, залишаючись там.

Доза, яку внаслідок цього отримає працівник шахти, залежатиме від ступеня розчинності самого мінералу в біологічних рідинах, його розміру та питомої радіоактивності.

Якщо гірничі роботи ведуться не в покладах високосортного урану (що є характерним для більшості покладів урану в Україні), випромінювання ДЖАУ залишатиметься відносно невеликим. Головне — належно його контролювати.

Є кілька шляхів, якими інертний газ радон виділяється з материнської породи і потрапляє в повітря зони дихання шахтарів. У першу чергу — коли уранова руда безпосередньо вступає в контакт із повітрям шахти. Частіше це трапляється, коли гірничі виробки зустрічаються з рудними проявами урану.

Великі обсяги радону вивільняють роботи з відокремлення уламків руди від рудного тіла: вибухові роботи, буріння тощо. Під час навантаження руди та її транспортування шахтою на поверхню, вона продовжує виділяти радон у повітря шахти.

Переносити радон можуть і підземні води, тож наявність радону в шахтних водах стає ще одним джерелом випромінювання цього газу та його ДПР. У шахтних водах «СхідГЗК» вміст радону може досягати 60 кБк/л, що є досить високим показником (при питомій активності для показника безпечності питної води — не більше 100 Бк/л).

Транспортування уранової руди на Новокостянтинівській шахті. Джерело: Кіровоградська обласна рада

Іншими суттєвими джерелами опромінення є повторне утворення аерозолів пилу із гірничих виробок і під час поводження із забрудненим обладнанням. Зважаючи на це, при розробці уранових руд застосовуються тільки мокрі способи буріння та транспортування гірничої маси, що є ефективним методом боротьби з рудничним пилом. 

Усі ці джерела випромінювання складають ефективну дозу опромінення шахтарів. За даними багатьох дослідників, основним дозоформуючим фактором (70%) є радон і його ДПР.

За даними Л. Ковалевського, А. Оперчука та І. Лося (2008), верхньою межею виправданості практичної діяльності на уранових об’єктах, прийнятою на міжнародному рівні та в Україні, є величина ризику, яка дорівнює одному випадку смерті від онкозахворювання на 1000 працюючих на рік.

 

Засоби радіаційного захисту шахтарів

В Україні відповідальність за радіаційний захист персоналу, відповідно до Вимог та умов безпеки (Ліцензійних умов) провадження діяльності з видобування, переробки уранових руд, несе суб’єкт діяльності, тобто — ДП «СхідГЗК» і його відокремлені підрозділи (шахти). А саме: неперевищення встановлених дозових лімітів, допустимих рівнів для персоналу; зменшення концентрації радону і торону та інших дочірніх продуктів їх розпаду, а також довгоживучих продуктів розпаду радіонуклідів уранового і торієвого рядів у повітрі робочої зони; забезпечення радіаційного контролю на робочих місцях й у виробничих приміщеннях тощо.

Вагонетка з мільйонною тонною уранової руди, видобутою на Новокостянтинівській шахті. Джерело: Кіровоградська обласна рада

Найбільш дієвим засобом захисту працівників уранових шахт є організація ефективної системи вентиляції. Від швидкості видалення радону із повітря робочих зон, залежить рівень опромінення працівників його дочірніми продуктами розпаду. Ефективність вентиляційної системи полягає в мінімізації часу перебування насиченого радоном повітря в робочих ділянках, а також — максимізації часу перебування працівників у середовищі свіжого повітря. 

Механічну шахтну вентиляцію поділяють на первинну й допоміжну. Первинна вентиляція скеровує чисте повітря з поверхні всередину шахти і через систему гірничих виробок шахтного поля виводить його назад на поверхню. Системи допоміжної вентиляції розподіляють свіже повітря з основних каналів у глибші й віддалені робочі зони. Оскільки схеми виробок у шахті постійно змінюються, відповідних удосконалень одночасно зазнають і допоміжні вентиляційні системи. Важливо, щоб система вентиляції оновлювала повітря з поверхні, а не просто забезпечувала циркуляцію шахтного повітря — інакше, це може призвести до збільшення концентрації ДПР. Найбільш ефективною системою провітрювання шахтного поля є флангова схема вентиляції — коли подача свіжого повітря й викид відпрацьованого  повітря здійснюється з різних боків шахтного поля.

Навантажувально-доставочна машина PFL-20. Такі машини працюють на уранових шахтах України. Джерело: СхідГЗК

Проте на Центральному родовищі шахти «Інгульська», за даними фахівця-гігієніста Анатолія Оперчука, така організація системи вентиляції неможлива, оскільки шахтне поле розташоване під житловими кварталами м. Кропивницького. Наявна схема подає свіже й відкачує відпрацьоване повітря з виробничого майданчика Центрального родовища, що не задовольняє вимоги щодо нормалізації повітря шахти безпосередньо на основних робочих місцях.

Ще одним із методів нормалізації повітря в уранових шахтах є ізоляція недіючих гірничих виробок для перекриття доступу радону і його ДПР на робочі місця. Реалізується це шляхом закладення відпрацьованого простору твердіючою сумішшю (пісок, глина і граншлак), будівництва ізолюючих перетинок, які забезпечують герметичність гірничих виробок і запобігають поширенню радіоактивного газу («погашення виробки»).

Для ефективного закупорювання пор і тріщин використовують покриття з чистої пустої породи (на підлозі) й торкет-бетону (на стінах). Ізолювати радон, розчинений у ґрунтових водах, можна за допомогою: трубопроводів, що відводять ці води від діючих вибоїв; цементування тріщин, що потенційно можуть пропускати воду або навіть заморожування (у випадку затоплення шахти).

Схема проммайданчика й підземних об’єктів (стовбурів, штреків і вибоїв) Новокостянтинівської шахти. Джерело: Міністерство палива та енергетики України

Хоча рівень впливу гамма-випромінювання на персонал порівняно нижчий, ніж рівень впливу від ДПР і ДЖАУ, захистом від цього джерела опромінення не варто нехтувати. Світовий досвід, який рекомендує МАГАТЕ, включає, наприклад, такий засіб технічного контролю для екранування гамма-випромінювання, як торкрет-бетон.

Такий нехитрий засіб, як підтримання загальної чистоти та порядку в робочих зонах, теж допомагає знизити дозу від гамма-випромінювання. Використання засобів індивідуального захисту також ефективне у зниженні рівня внутрішнього опромінення. Використання респіраторів обовʼязкове.

Проте під час видобування уранової руди буро-підривним способом, як це відбувається в Україні, виділяється дуже велика кількість дрібнодисперсного пилу з розміром часток 0,2—0,5 мікронів. Такі фракції пилу, за дослідженнями А. Оперчука, можуть проникати крізь засоби індивідуального захисту у дихальні шляхи працівників шахт та досягати альвеол.

Щоб гарантувати неперевищення граничних значень доз опромінення працівників шахт, проводиться дозиметричний контроль і радіаційний моніторинг, згідно із затвердженими програмами. З урахуванням рекомендацій МАГАТЕ, в 1997 році встановлений ліміт ефективної дози професійного опромінення, в тому числі для шахтарів, у 20 мЗв/рік (Норми радіаційної безпеки України-97).

Ліміти доз професійного опромінення (НРБУ-97)

Ефективна доза

20 мЗв/рік у середньому за 5 календарних років поспіль  (100 мЗв сумарно), 50 мЗв в будь-який інший рік

Річна еквівалентна доза на:

 

шкіру

500 мЗв

руки й стопи

500 мЗв

кришталик ока

150  мЗв/рік

 

Дозиметричний контроль має на меті не тільки оцінку професійних доз опромінення персоналу, а й одержання даних для оцінки ефективності заходів радіаційного захисту. На підставі отриманих результатів дозиметричного контролю виявляються основні дозоформуючі джерела випромінювання та їх вклад в отримувані дози працівниками шахт; ефективні дозообмежувальні пристосування, що у подальшому можуть впливати на рівні радіоактивного забруднення тощо.

В Україні дозиметричний контроль працівників шахт здійснюється шляхом моніторингу робочих місць, з наступним розрахунком індивідуальних доз опромінення. Для цього працівників шахт умовно поділяють на групи з подібним опроміненням (ГПО), або ж групи, які працюють з подібними джерелами опромінення та виконують подібну роботу в однакові часові періоди.

Наприклад, Програма дозиметричного контролю Інгульської шахти «СхідГЗК» передбачає проведення поточного, спеціального, операційного й аварійного дозиметричного контролю. Поточний дозконтроль працівників шахт, віднесених до персоналу категорії А, проводиться раз на тиждень на основних робочих місцях і два рази на місяць на неосновних. Спеціальний та операційний дозиметричний контроль здійснюється в кожному конкретному випадку згідно із розпорядженням головного інженера шахти, а аварійний — на всіх етапах ліквідації аварійної чи нештатної ситуації до відновлення нормальної роботи підприємства чи закінчення дезактивації.

Фізико-хімічна лабораторія Інгульської шахти вимірює: концентрацію пилу, потужність гамма-випромінювання, альфа- та бета-забруднення поверхонь виробничих приміщень, спецодягу, транспортних засобів, брухту; еквівалентну рівноважну об’ємну активність радону (EPOARn), торону (EPOATn), сумарну альфа-активність та питому активність радіонуклідів у рудниковому повітрі, повітрі робочих зон та в повітрі виробничих приміщень тощо.

Контрольні рівні радіаційних факторів у повітрі робочої зони в умовах шахтної поверхні (Програма дозиметричного контролю Інгульської шахти):

Фактори

Категорія А

Радон

42490 Бк/м3

EPOArn

1050 Бк/м3

EPOATn

77 Бк/м3

226Ra

0,042 Бк/м3

238U

0,15 Бк/м3

Довгоіснуючі альфа-активні радіонукліди ряду 238U по питомій альфа-активності

0, 042 Бк/м3

Контрольні рівні річної ефективної дози персоналу категорії А та Б на Інгульській шахті встановлені на рівні 12 мЗв та 1,6 мЗв, відповідно. Дозу для кожного працівника розраховують відповідно до «Керівництва з розрахунку індивідуальних доз опромінення персоналу ДП “СхідГЗК” і населення» (введене в дію у 2008 році).

 За офіційними звітами «СхідГЗК», середньорічні дозові навантаження на персонал шахт останнім часом складають:

Шахта

2019 рік

2020 рік

Інгульська

5,81 мЗв (29,05% від встановленого річного ліміту)

4,60 мЗв (23,01%)

Смолінська

6,34 мЗв (31,7%)

6,09 мЗв (31,7%)

Новокостянтинівська

7,99 мЗв (39, 95%)

7,433 мЗв (37, 2%)

З них річні ефективні дози персоналу основних професій:

Шахта

2019 рік

2020 рік

Інгульська

від 1,70 до 11,91 мЗв (до 59,6%)

від 1,34 до 9,58 мЗв (до 47,9%)

 

Смолінська

від 0,79 до 14,06 мЗв (до 70,3%).

 

від 0,583 до 10,252 мЗв (до 51,3%).

Новокостянтинівська

від 3,58 до 12,28 мЗв (до 64,4%).

від 2,92 до 13,79 мЗв (до 68,9%)

В урановидобувній промисловості інших країн поширеною практикою є також використання працівниками шахт персональних дозиметрів. Так служба радіаційного захисту отримує дані про рівень ДПР радону й концентрацію рудничного пилу в зоні дихання кожного працюючого, а також про дозу його зовнішнього опромінення. Цей метод довгий час на українських шахтах не застосовувався взагалі. В останні роки діє «Програма впровадження індивідуальної дозиметрії радону, його ДПР, урану та довгоживучих альфа-нуклідів на об’єктах СхідГЗК з використанням персональних дозиметрів»

 

Проблеми радіаційного захисту на уранових шахтах України

На думку багатьох фахівців, недоліком дозиметричного контролю уранових шахт України є обмежений доступ до його результатів інспекційних служб, що ставить під сумнів об’єктивність результатів оцінки доз опромінення персоналу. Так В. Богорад, Є. Кадкін і А. Носовський вважають розрахунок дозових навантажень персоналу категорії А за усередненими показниками умов праці на основних видах гірничих робіт некоректним підходом. «При цьому занижується реальне значення параметрів радіаційної ситуації, а реальна доза персоналу на конкретному робочому місці буде суттєво вищою», — пишуть дослідники.

Проблемою чинної системи радіаційного захисту працівників уранових шахт є те, що вона практично не змінювалася з моменту розробки з 1986 року, коли були затверджені «Санітарні правила експлуатації уранових рудників». На якість контролю за опроміненням працівників уранових шахт негативно впливає відсутність індивідуальної дозиметрії, так як періодичний моніторинг виробничого середовища, за висновками А. Оперчука, не гарантує якості й достовірності розрахунку ефективних доз опромінення працівників уранових шахт.

Крім того, схеми провітрювання підземних гірничих виробок часто організовані нераціонально, вентиляційні перегородки для перерозподілу потоків повітря будуються несвоєчасно, недіючі гірничі виробки не ізолюються. «Непогашені» виробки, яких доволі багато, окрім виділення радону забирають на себе велику частину свіжого повітря, яке нагнітає вентиляція під землю. При будівництві нових очисних блоків і розташуванні робочих місць та інших гірничих виробок бракує достовірних даних для проєктування вентиляційних систем.

«Усе вищеперераховане в кінцевому результаті призводить не тільки до необґрунтованого збільшення/зменшення подачі повітря з головних шахтних вентиляторів, а й до додаткового опромінення персоналу», — зазначає А. Оперчук.

Фахівці наводять статистику зростання захворюваності підземного персоналу уранових шахт на рак легенів у середньому удвічі протягом 1991—2002 років. А рівень смертності у 2008 році становив понад 6 випадків на 1000 працівників категорії А, що відповідало дозі в понад 100 мЗв/рік при допустимому ліміті у 20 мЗв/рік.

Дослідження А. Оперчука констатують, що згідно з офіційними даними, за 1997—2015 роки про індивідуальні дози опромінення працівників уранових шахт усіх когорт, індивідуальні ефективні дози набагато нижчі ліміту доз та контрольних рівнів. Проте реальна смертність від професійного раку переважає прогнозовані показники (одна смерть на 1000 працівників) для таких доз і складає для різних когорт підземного персоналу від 3,54 до 7,67 випадків на 1000.

Реєстрація випадків професійних онкологічних захворювань за роками. Рівень онкологічної захворюваності на професійний рак по роках має тенденцію незначного зниження. Цей феномен пов’язаний із введенням більш жорстких вимог до радіаційного захисту шахтарів НРБУ-97 та зменшенням ліміту дозу для персоналу з 50 мЗв/рік до 20 мЗв/рік, Джерело: А. Оперчук Науково-гігієнічне обґрунтування покращення радіаційного захисту на підприємствах з видобутку й первинному збагаченні уранових руд

Отже, гірники в дійсності одержують вищі дози, ніж зафіксовано документально, адже виникнення онкологічних захворювань прямолінійно залежне від величини ефективної дози і стажу роботи в умовах впливу іонізуючого випромінювання. Хоча, як одну з причин не варто відкидати й додаткове опромінення працівників уранових шахт від радону вдома.

Анатолій Оперчук наводить дані, що в середньому професійна онкологічна захворюваність працівників уранових шахт за 1997—2015 роки складала 11% від кількості всіх захворювань, зареєстрованих на уранових підприємствах. При цьому, професійна онкологічна захворюваність на Смолінській шахті була на 34% вища, ніж на Інгульській. Пояснюється це тим, що на цьому об’єкті працювало багато гірників, які мали попередній стаж роботи на уранових шахтах в інших регіонах колишнього СРСР.

У середньому професійний рак у працівників уранових шахт виявляли у віці 59 років. Чим меншим був вік початку роботи, тим більшою була імовірність виникнення онкологічного захворювання в майбутньому.

Онкологічні захворювання в Україні, Кіровоградській області і розташованих на території Кіровоградської області шахтах ДП «СхідГЗК» станом на 2016 рік (відносні показники на 100 000 осіб).

Показники

Загальна кількість онкологічних захворювань на підприємстві

Інгульська шахта

Смолінська шахта

Кіровоградська область

Україна

Усього

499,7

776,5

900,0

411,2

328,6

Рак легенів і верхніх дихальних шляхів

164,7

64,7

100,0

54,8

37,9

Джерело: А. Оперчук Науково-гігієнічне обґрунтування покращення радіаційного захисту на підприємствах з видобутку й первинному збагаченні уранових руд

Таким чином, максимально допустима концентрація пилу в повітрі робочої зони уранових шахт та індивідуальні дози опромінення працівників шахт потребують постійного контролю та зниження. Також, потребує вдосконалення медичне спостереження, зокрема при прийомі на роботу, впродовж всієї трудової діяльності та перед виходом на пенсію, або при звільненні необхідно проводити ретельне медичне обстеження працівників шахт, з обов’язковою рентгено-функціональною оцінкою стану органів дихання з метою виявлення можливої наявності чи ознак професійної патології легенів та не припиняти медичного нагляду до кінця життя працівників.

Крім того, є нагальна  потреба проведення інженерно-технічних досліджень захисних заходів, пов’язаних із боротьбою з радоном і оптимізацією радіаційного стану загалом при проєктуванні й введенні в експлуатацію підприємств із видобування уранових руд.

Методи оцінки індивідуальних доз шахтарів при різних видах гірничих робіт Анатолій Оперчук  пропонує привести до вимог «Основних стандартів радіаційної безпеки» МАГАТЕ та Директиви 2013/59/Євратому, зокрема в частині впровадження індивідуального дозиметричного контролю.

Уранові шахти на сьогодні забезпечують 40% потреб атомно-промислового комплексу України в сировині для ядерного палива, виводячи нашу країну на 12 місце у світі за рівнем видобування уранової руди (станом на 2019 рік). Продуктивність цієї галузі багато в чому залежить від здоров’я персоналу. Тому радіаційний захист гірників повинен завжди залишатися в пріоритеті як для керівництва підприємств так і для держави.

Редакція вебсайту Uatom.org.