Облучение и радиационная защита персонала урановых шахт

Ядерно-топливный цикл начинается с добычи урановой руды — базового сырья для производства ядерного топлива. В Украине этот процесс осуществляется подземным способом и в технологическом плане мало чем отличается от добычи железных руд на Криворожье или в Запорожский области.

Жуткие истории о ссылке на урановые рудники как о «билете в один конец» для осужденных к смертной казни в Советском Союзе — это только слухи, порожденные информацией о невыносимых условиях ГУЛАГа в сочетании с незнанием истинных радиоактивных свойств урановых руд.

Вместе с тем, в радиационном отношении добыча урана является довольно опасной, а по некоторым данным — самой опасной для работников — стадией ядерно-топливного цикла. Тяжелые физические условия подземного труда сопровождаются значительными дозами облучения как внешнего от гамма-излучения, так и внутреннего —  от радона и продуктов его распада, а также от долгоживущих радионуклидов радия, тория и урана, которые содержатся в урановом сырье.

Итак, добыча урана сопровождается радиационными рисками, как для самих работников шахт, так и для населения, проживающего в зоне влияния урановых объектов.

Из-за непосредственного контакта с радиоактивным материалом работников урановых шахт относят к персоналу категории А. Деятельность урановых объектов, защиту персонала, населения и охрану окружающей среды от воздействия ионизирующего излучения, а также особенности социальной защиты персонала урановых объектов и населения из-за влияния излучения регулирует Закон Украины «О добыче и переработке урановых руд».

Украинская уранодобывающая промышленность представлена ​​двумя действующими шахтами — Смолинской (около 1900 сотрудников) и Ингульской (1600 сотрудников), расположенными в Кировоградской области. Обе шахты входят в состав Государственного предприятия «Восточный горно-обогатительный комбинат» (ГП «ВостГОК»). Кроме того, в состав ГП «ВостГОК» входит Новоконстантиновская шахта, на которой продолжается опытно-промышленная добыча урановой руды в рамках развития мощностей.

Организационно процесс добычи урановой руды практически такой же, как и на угольных или железорудных шахтах. Работники шахт спускаются подъемником по стволу шахты в забои, где разрабатывают залежи руды (в Украине — буро-взрывным способом), которую транспортируют к стволу, по которому поднимают ее на поверхность.

Индивидуальная защита работников шахт от вредных производственных факторов, как и везде, обеспечивается специальной рабочей одеждой, касками, респираторами и т. п.

Основные урановые месторождения в Украине

В соответствии с требованиями норм и правил радиационной безопасности, к подземным работам допускаются работники, которые по заключению медицинской комиссии не имеют противопоказаний по состоянию здоровья, прошедшие обучение и проверку знаний по вопросам радиационной безопасности, общие инструктажи по своим специальностям. Медицинский осмотр горняки, подвергающиеся воздействию ионизирующего излучения, проходят перед началом работы и периодически, не реже одного раза в год. Медосмотр работников шахт обязательный и в случае их увольнения.

 

Источники радиационной опасности

Урановая руда, добываемая на урановых объектах, содержит все элементы цепочки распада урана-238 и урана-235, находящиеся в радиоактивном равновесии. Радиационный фон от урановой руды напрямую зависит от содержания самого урана, и для урановых руд Украины он незначителен, так как концентрация урана-238 в ней очень невелика — в среднем 1,5 кг на тонну руды.

Но и в украинских урановых шахтах имеются рудные залежи с довольно высоким содержанием урана, где работники шахт подвергаются довольно значительному влиянию внешнего гамма-облучения от геологических пород, что требует дополнительной их защиты.

Схематическое строение Смолинской урановой шахты. Источник: Министерство топлива и энергетики Украины

Более опаснен инертный газ радон, который выделяется при добыче урановой руды. Период его полураспада составляет менее 4‑х суток, и в течение этого периода образуются короткоживущие дочерние продукты распада (ДПР) радона: полоний-218, свинец-214, висмут-214 и полоний-214.

Эти радионуклиды связываются с частицами рудничной пыли, взвешенными в воздухе шахты, и попадают в организмы горняков через органы дыхания, откладываясь в дыхательном тракте и легких. Через короткий период полураспада (менее получаса) они до вывода формируют достаточно высокую дозу облучения в легочных тканях. Какую именно дозу облучения получит работник, зависит от активности ДПР, как непосредственно в воздухе рабочей зоны, так и в частицах пыли, и от их дисперсии.

Длительное воздействие альфа- и бета-частиц ДПР — полония-218 и полония-214 повышает риск развития рака легких — профессионального заболевания работников урановых объектов.

Кроме того, работники урановых шахт испытывают облучение долгоживущими радионуклидами, содержащимся в пыли (ДЖПР) и зависящими от содержания урана в ней, способов добычи, а также проведения мероприятий по борьбе с пылью.

Физиологически аэрозольные частицы рудничной пыли размером 20 микрон и более в основном остаются в верхних дыхательных путях и удаляются откашливанием в первые часы после окончания работ; пылевые частицы размером 5 микрон — достигают нижних дыхательных путей и альвеол легких, оставаясь там.

Доза, которую вследствие этого получит работник шахты, будет зависеть от степени растворимости самого минерала в биологических жидкостях, его размера и удельной радиоактивности.

Если горные работы ведутся не в залежах высокосортного урана (что характерно для большинства залежей урана в Украине), излучение ДЖПР будет оставаться относительно небольшим. Главное — должным образом его контролировать.

Существует несколько путей, которыми инертный газ радон выделяется из материнской породы и попадает в воздух зоны дыхания шахтеров. В первую очередь — когда урановая руда непосредственно вступает в контакт с воздухом шахты. Чаще это случается, когда горные выработки встречаются с рудными проявлениями урана.

Большие объемы радона высвобождаются при работах по отделению обломков руды от рудного тела: взрывные работы, бурение и т. п. При погрузке руды и ее транспортировке по шахте на поверхность, она продолжает выделять радон в воздух шахты.

Переносить радон могут и подземные воды, поэтому наличие радона в шахтных водах становится еще одним источником излучения этого газа и его ДПР. В шахтных водах «ВостГОК» содержание радона может достигать 60 кБк/л, что является достаточно высоким показателем (при удельной активности для показателя безопасности питьевой воды — не более 100 Бк/л).

Транспортировка урановой руды на Новоконстантиновской шахте. Источник: Кировоградский областной совет

Другим существенным источником облучения является повторное образование аэрозолей пыли из горных выработок и при обращении с загрязненным оборудованием. Учитывая это, при разработке урановых руд применяются только мокрые способы бурения и транспортировки горной массы, являющиеся эффективным методом борьбы с рудничной пылью.

Все эти источники излучения составляют эффективную дозу облучения шахтеров. По данным многих исследователей, основным дозоформирующим фактором (70%) является радон и его ДПР.

По данным Л. Ковалевского, А. Оперчука и И. Лося (2008), верхней границей оправданности практической деятельности на урановых объектах, принятой на международном уровне и в Украине, является величина риска, равная одному случаю смерти от онкозаболевания на 1000 работающих на год.

 

Средства радиационной защиты шахтеров

В Украине ответственность за радиационную защиту персонала, в соответствии с Требованиями и условиями безопасности (Лицензионными условиями) осуществления деятельности по добыче, переработке урановых руд, несет субъект деятельности, то есть — ГП «ВостГОК» и его обособленные подразделения (шахты). Они следят за непревышением установленных дозовых пределов, допустимых уровней для персонала; уменьшением концентрации радона и торона и других дочерних продуктов их распада, а также долгоживущими продуктами распада радионуклидов уранового и ториевого рядов в воздухе рабочей зоны; осуществляют радиационный контроль на рабочих местах и ​​в производственных помещениях и т. д.

Вагонетка с миллионной тонной урановой руды, добытой на Новоконстантиновской шахте. Источник: Кировоградский областной совет

Наиболее действенным средством защиты работников урановых шахт является организация эффективной системы вентиляции. От скорости удаления радона из воздуха рабочих зон, зависит уровень облучения работников его дочерними продуктами распада. Эффективность вентиляционной системы заключается в минимизации времени нахождения насыщенного радоном воздуха в рабочих участках, а также — максимизации времени пребывания работников в среде свежего воздуха.

Механическую шахтную вентиляцию разделяют на первичную и вспомогательную. Первичная вентиляция направляет чистый воздух с поверхности внутрь шахты и через систему горных выработок шахтного поля выводит его обратно на поверхность. Системы вспомогательной вентиляции распределяют свежий воздух из основных каналов в более глубокие и удаленные рабочие зоны. Поскольку схемы выработок в шахте постоянно меняются, соответствующие усовершенствования одновременно происходят и во вспомогательных вентиляционных системах. Важно, чтобы система вентиляции обновляла воздух с поверхности, а не просто обеспечивала циркуляцию шахтного воздуха — иначе, это может привести к увеличению концетрации ДПР. Наиболее эффективная система проветривания шахтного поля — фланговая схема вентиляции, когда подача свежего воздуха и выброс отработанного воздуха осуществляется с разных сторон шахтного поля.

Погрузочно-доставочная машина PFL-20. Такие машины работают на урановых шахтах Украины. Источник: ВостГОК

Однако в Центральном месторождении шахты «Ингульская», по данным специалиста-гигиениста Анатолия Оперчука, такая организация системы вентиляции невозможна, поскольку шахтное поле расположено под жилыми кварталами г. Кропивницкого. Имеющаяся схема подает свежий и откачивает отработанный воздух из промышленной площадки Центрального месторождения, что не удовлетворяет требования по нормализации воздуха шахты непосредственно на основных рабочих местах.

Еще одним из методов нормализации воздуха в урановых шахтах является изоляция недействующих горных выработок для перекрытия доступа радона и его ДПР на рабочие места. Реализуется это путем закладки выработанного пространства твердеющей смесью (песок, глина и граншлак), строительства изолирующих перемычек, которые обеспечивают герметичность горных выработок и предотвращают распространение радиоактивного газа («погашение выработки»).

Для эффективного закупоривания пор и трещин используют покрытие из чистой пустой породы (на полу) и торкет-бетона (на стенах). Изолировать радон, растворенный в грунтовых водах, можно с помощью: трубопроводов, отводящих эти воды от действующих забоев; цементирования трещин, которые могут пропускать воду или даже замораживания (в случае затопления шахты).

Схема промплощадки и подземных объектов (стволов, штреков и забоев) Новоконстантиновской шахты. Источник: Министерство топлива и энергетики Украины

Хотя уровень воздействия гамма-излучения на персонал сравнительно ниже уровня влияния ДПР и ДЖПР, защитой от этого источника облучения не стоит пренебрегать. Мировой опыт, который рекомендует МАГАТЭ, включает, например, такое средство технического контроля для экранирования гамма-излучения, как торкет-бетон.

Такой нехитрый способ, как поддержание общей чистоты и порядка в рабочих зонах, тоже помогает снизить дозу от гамма-излучения. Использование средств индивидуальной защиты также эффективно в снижении уровня внутреннего облучения. Использование респираторов обязательно.

Однако, при добыче урановой руды буро-взрывным способом, как это происходит в Украине, выделяется очень большое количество мелкодисперсной пыли с размером частиц 0,2-0,5 микрон. Такие фракции пыли, по исследованиям А. Оперчука, могут проникать сквозь средства индивидуальной защиты в дыхательные пути работников шахт и достигать альвеол.

Чтобы обеспечить непревышение предельных значений доз облучения работников шахт, проводится дозиметрический контроль и радиационный мониторинг, согласно утвержденным программам. С учетом рекомендаций МАГАТЭ, в 1997 году установлен предел эффективной дозы профессионального облучения, в том числе для шахтеров, в 20 мЗв/год (Нормы радиационной безопасности Украины-97).

Пределы доз професстонального облучения (НРБУ-97)

Эффективная доза

20 мЗв/год в среднем за 5 календарных лет подряд  (100 мЗв суммарно), 50 мЗв любой иной год

Годовая эквивалентная доза на:

 

кожу

500 мЗв

руки и ступни

500 мЗв

хрусталик глаза

150  мЗв/год

 

Дозиметрический контроль имеет целью не только оценку профессиональных доз облучения персонала, но и получение данных для оценки эффективности мер радиационной защиты. На основании полученных результатов дозиметрического контроля выявляются основные дозоформирующие источники излучения и их вклад в получаемые дозы работниками шахт эффективные дозоограничивающие приспособления, которые в дальнейшем могут влиять на уровни радиоактивного загрязнения и т. д.

В Украине дозиметрический контроль работников шахт осуществляется путем мониторинга рабочих мест, с последующим расчетом индивидуальных доз облучения. Для этого работников шахт условно разделяют на группы по подобным облучением (ГПО), или группы, работающие со схожими источниками облучения и выполняющие аналогичную работу за одинаковые временные периоды.

Например, Программа дозиметрического контроля Ингульской шахты «ВостГОК» предусматривает проведение текущего, специального, операционного и аварийного дозиметрического контроля. Текущий дозконтроль работников шахт, отнесенных к персоналу категории А, проводится раз в неделю на основных рабочих местах и ​​два раза в месяц на неосновных. Специальный и операционный дозиметрический контроль осуществляется в каждом конкретном случае в соответствии с распоряжением главного инженера шахты, а аварийный — на всех этапах ликвидации аварийной или нештатной ситуации до восстановления нормальной работы предприятия или окончания дезактивации.

Физико-химическая лаборатория Ингульской шахты измеряет: концентрацию пыли, мощность гамма-излучения, альфа- и бета-загрязнения поверхностей производственных помещений, спецодежды, транспортных средств, металлолома; эквивалентную равновесную объемную активность радона (EPOARn), торона (EPOATn), суммарную альфа-активность и удельную активность радионуклидов в рудничном воздухе, воздухе рабочих зон и в воздухе производственных помещений и т. д.

Контрольные уровни радиационных факторов в воздухе рабочей зоны в условиях шахтной поверхности (Программа дозиметрического контроля Ингульской шахты):

Факторы

Категория А

Радон

42490 Бк/м3

EPOArn

1050 Бк/м3

EPOATn

77 Бк/м3

226Ra

0,042 Бк/м3

238U

0,15 Бк/м3

Долгоживущие альфа-активные радионуклиды ряда 238U по удельной альфа-активности

0, 042 Бк/м3

Контрольные уровни годовой эффективной дозы персонала категории А и Б на Ингульской шахте установлены на уровне 12 мЗв и 1,6 мЗв соответственно. Дозу для каждого работника рассчитывают согласно «Руководству по расчету индивидуальных доз облучения персонала ГП «ВостГОК» и населения» (введенному в действие в 2008 году).

По официальным отчетам «ВостГОК», среднегодовые дозовые нагрузки на персонал шахт в последнее время составляют:

Шахта

2019 год

2020 год

Ингульская

5,81 мЗв (29,05% от установленого годового предела)

4,60 мЗв (23,01%)

Смолинская

6,34 мЗв (31,7%)

6,09 мЗв (31,7%)

Новоконстантиновская

7,99 мЗв (39, 95%)

7,433 мЗв (37, 2%)

 

Из них годовые эффективные дозы персонала основных профессий:

Шахта

2019 год

2020 год

Ингульская

от 1,70 до 11,91 мЗв (до 59,6%)

от 1,34 до 9,58 мЗв (до 47,9%)

 

Смолинская

от 0,79 до 14,06 мЗв (до 70,3%).

 

от 0,583 до 10,252 мЗв (до 51,3%).

Новоконстантиновская

от 3,58 до 12,28 мЗв (до 64,4%).

от 2,92 до 13,79 мЗв (до 68,9%)

В уранодобывающей промышленности других стран также распространена практика использования работниками шахт персональных дозиметров. Так служба радиационной защиты получает данные об уровне ДПР радона и концентрации рудничной пыли в зоне дыхания каждого работающего, а также о дозе его внешнего облучения. Этот метод долгое время на украинских шахтах не применялся вообще. В последние годы действует «Программа внедрения индивидуальной дозиметрии радона, его ДПР, урана и долгоживущих альфа-нуклидов на объектах ВостГОК с использованием персональных дозиметров».

 

Проблемы радиационной защиты на урановых шахтах Украины

По мнению многих специалистов, недостатком дозиметрического контроля урановых шахт Украины является ограниченный доступ к его результатам инспекционных служб, что ставит под сомнение объективность результатов оценки доз облучения персонала. Так В. Богорад, Е. Кадкин и А. Носовский считают расчет дозовых нагрузок персонала категории А по усредненным показателям условий труда на основных видах горных работ некорректным подходом. «При этом занижается реальное значение параметров радиационной ситуации, а реальная доза персонала на конкретном рабочем месте будет существенно выше», — пишут исследователи.

Проблемой действующей системы радиационной защиты работников урановых шахт является то, что она практически не менялась с момента разработки с 1986 года, когда были утверждены «Санитарные правила эксплуатации урановых рудников». На качество контроля за облучением работников урановых шахт негативно влияет отсутствие индивидуальной дозиметрии, так как периодический мониторинг производственной среды, по выводам А. Оперчука, не гарантирует качества и достоверности расчета эффективных доз облучения работников урановых шахт.

Кроме того, схемы проветривания подземных горных выработок часто организованы нерационально, вентиляционные перегородки для перераспределения потоков воздуха строятся несвоевременно, недействующие горные выработки не изолируются. «Непогашенные» выработки, которых достаточно много, кроме выделения радона забирают на себя большую часть свежего воздуха, нагнетаемого вентиляцией под землю. При строительстве новых очистительных блоков и расположении рабочих мест и других горных выработок не хватает достоверных данных для проектирования вентиляционных систем.

«Все вышеперечисленное в конечном итоге приводит не только к необоснованному увеличению / уменьшению подачи воздуха из главных шахтных вентиляторов, но и к дополнительному облучению персонала», — отмечает А. Оперчук.

Специалисты приводят статистику роста заболеваемости подземного персонала урановых шахт раком легких в среднем вдвое в течение 1991—2002 годов. А уровень смертности в 2008 году составил более 6 случаев на 1000 работников категории А, что соответствовало дозе более 100 мЗв / год при допустимом лимите в 20 мЗв / год.

Исследования А. Оперчука констатируют, что согласно официальным данным, за 1997—2015 годы о индивидуальных дозах облучения работников урановых шахт всех когорт, индивидуальные эффективные дозы гораздо ниже лимита доз и контрольных уровней. Однако реальная смертность от профессионального рака превышает прогнозируемые показатели (одна смерть на 1000 работников) для таких доз и составляет для разных когорт подземного персонала от 3,54 до 7,67 случаев на 1000.

Регистрация случаев профессиональных онкологических заболеваний по годам. Уровень онкологической заболеваемости профессиональным раком по годам имеет тенденцию к незначительному снижению. Этот феномен связан с введением более жестких требований к радиационной защите шахтеров в НРБУ-97 и уменьшением лимита дозы для персонала с 50 мЗв / год до 20 мЗв /год, Источник: А. Оперчук

Итак, горняки в действительности получают большие дозы, чем зафиксировано документально, ведь возникновение онкологических заболеваний напрямую зависит от величины эффективной дозы и стажа работы в условиях воздействия ионизирующего излучения. Хотя, как одну из причин не стоит отбрасывать и дополнительное облучение радоном работников урановых шахт в их жилищах.

Анатолий Оперчук приводит данные, что в среднем профессиональная онкологическая заболеваемость работников урановых шахт за 1997—2015 годы составляла 11% от числа всех заболеваний, зарегистрированных на урановых предприятиях. При этом, профессиональная онкологическая заболеваемость Смолинской шахте была на 34% выше, чем на Ингульской. Объясняется это тем, что на этом объекте работало много горняков, имеющих предыдущий стаж работы на урановых шахтах в других регионах бывшего СССР.

В среднем профессиональный рак у работников урановых шахт проявлялся в возрасте 59 лет. Чем меньшим был возраст начала работы, тем больше была вероятность возникновения онкологического заболевания в будущем.

Онкологические заболевания в Украине, Кировоградской области и расположенных на территории Кировоградской области шахтах ГП «ВостГОК» по состоянию на 2016 год (относительные показатели на 100 000 человек).

Показатели

Общее количество онкологических заболеваний на предприятии*

Ингульская шахта

Смолинськая шахта

Кировоградская область

Украина

Всего

499,7

776,5

900,0

411,2

328,6

Рак легких и верхних дыхательных путей

164,7

64,7

100,0

54,8

37,9

*С учетом всех подразделений, входящих в ГП «ВостГОК» (в т. ч. перерабатывающие заводы, лаборатории, хозяйственные и административные подразделения)
Источник
: А. Оперчук

Таким образом, максимально допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны урановых шахт и индивидуальные дозы облучения работников шахт требуют постоянного контроля и снижения. Также, нуждается в совершенствовании медицинское наблюдение, в том числе при приеме на работу, на протяжении всей трудовой деятельности и перед выходом на пенсию, или при увольнении необходимо проводить тщательное медицинское обследование работников шахт, с обязательной рентгено-функциональной оценком состояния органов дыхания с целью выявления возможного наличия или признаков профессиональной патологии легких и не прекращать медицинское наблюдение до конца жизни работников.

Кроме того, имеется необходимость проведения инженерно-технических исследований защитных мероприятий, связанных с борьбой с радоном и оптимизацией радиационной обстановки в целом при проектировании и вводе в эксплуатацию предприятий по добыче урановых руд.

Методы оценки индивидуальных доз шахтеров при различных видах горных работ Анатолий Оперчук предлагает привести в соответствие с требованиями «Основных стандартов радиационной безопасности» МАГАТЭ и Директивы 2013/59 / Евратома, в частности в сфере внедрения индивидуального дозиметрического контроля.

Урановые шахты на сегодня обеспечивают 40% потребностей атомно-промышленного комплекса Украины в сырье для ядерного топлива, выводя нашу страну на 12 место в мире по уровню добычи урановой руды (по состоянию на 2019 год). Производительность этой отрасли во многом зависит от здоровья персонала. Поэтому радиационная защита горняков должна всегда оставаться в приоритете как для руководства предприятий, так и для государства.

Редакция веб-сайта Uatom.org.