CONCEPTUAL APPROACH TO DETERMINATION OF INDIVIDUAL RADON RADIATION DOSES FOR RAILWAY TUNNEL WORKERS

Abstract

The proposed conceptual approach takes into account the specific character of the formation of the radon situation in the East Siberian railway tunnels and is an effective tool in monitoring of individual doses of ionizing radiation of workers by uncontrolled natural sources in underground conditions.

Full Text

Концепция безопасности и обеспечения жизнедеятельности человека в процессе его профессиональной деятельности является одной из важнейших системообразующих концепций экологии человека. Сохранение здоровья работников, условия труда и характер трудового процесса которых существенно выходят за пределы оптимума, невозможно без системных исследований в области эколого-гигиенического и физиолого-гигиенического регламентирования специфичных технологических и производственных процессов, охраны труда и комплексного гигиенического нормирования. Особенно важны подобные исследования в связи с эксплуатационной деятельностью железнодорожного транспорта в сложных геологических и климатических условиях Восточной Сибири, развитие которого создаст основу для дальнейшего освоения богатейшего природного потенциала региона. Во многом решение проблем, связанных с улучшением условий труда и сокращением профессиональных заболеваний работников, зависит от реализации законодательства в области гигиены и охраны труда. Удельный вес лиц, работающих во вредных и опасных условиях труда, за последние годы увеличился практически по всем основным видам экономической деятельности, этот показатель в 2010 году на железнодорожном транспорте составил 57,1 %. Восточно-Сибирская железная дорога (ВСЖД) по уровню профессиональной заболеваемости занимает третье место по сети железных дорог Российской Федерации (2,72 на 10 000 работающих) [13]. Проведенная авторами гигиеническая оценка условий труда рабочих, обслуживающих крупнейшие на ВСЖД Северо-Муйский (15 343 м) и Байкальский (6 725 м) тоннели, выявила неблагоприятную радиационную обстановку, формирующуюся вследствие выделения радона из горного массива и насыщенных радоном подземных вод. Большая протяженность тоннелей и отсутствие эффективной вентиляции приводит к тому, что на отдельных участках природный радиоактивный газ многократно превышает нормируемые величины [4, 8]. Многочисленными исследованиями показано, что радон образуется при распаде естественных радионуклидов (ЕРН), содержащихся в земных породах, и рассеивается в атмосфере. Радон (Rn) — радиоактивный газ без цвета и запаха, химически почти нейтрален, в 7,5 раза тяжелее воздуха. Известны три природных активных изотопа радона, принадлежащих к радиоактивным семействам урана, тория и актиния: радон (222Rn), торон (220Rn) и актинон (219Rn) с периодами полураспада соответственно около 3,8 суток, 55 с и 3,9 с. Наибольший интерес из них с точки зрения радиационной опасности представляет 222Rn (радон-222), имеющий больший период полураспада и способный перемещаться на значительные расстояния от места своего образования [7, 24, 25]. 14 Экология человека 2013.02 Экология труда Гигиенические критерии оценки ионизирующего фактора имеют принципиальное отличие от оценки других факторов рабочей среды, обусловленное специфическими особенностями его воздействия на организм человека. Ионизирующее излучение при воздействии на организм может вызывать два вида неблагоприятных эффектов: детерминированные (предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше тяжесть эффекта зависит от дозы) и стохастические беспороговые эффекты, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы. В то же время сложившаяся практика гигиенической оценки ионизирующего излучения, призванная обеспечивать радиационную безопасность, не учитывает фактическое время пребывания работника на рабочем месте. Для гигиенической оценки и классификации условий труда при работе с источниками ионизирующего излучения используются значения максимальной потенциальной эффективной и/или эквивалентной дозы, рассчитанной по данным систематического оперативного радиационного контроля на рабочих местах, характеризующие только потенциальную опасность работы в конкретных условиях [21]. Проблема принятия управленческих решений по недопущению превышения предела доз облучения персонала при невозможности изменить радиационную обстановку, становится особенно острой, если учесть два важнейших фактора, формирующих радиационную опасность при эксплуатации железнодорожных тоннелей, пролегающих по радоновой провинции Восточной Сибири. К первому (естественному) фактору следует отнести независимость активности природных источников от деятельности человека. Так, доля радона, выносимого из трещин в горные выработки, зависит главным образом от скорости фильтрации воздуха и воды по трещинам, которая, в свою очередь, определяется проницаемостью массива и перепадом давления воздуха между горными выработками [2]. Ко второму (техногенному) фактору относится создаваемый при движении поездов по тоннелям «поршневой эффект», направляющий движение вентиляционной струи в тоннеле [9]. Указанные факторы детерминируют специфику формирования радиационной обстановки в железнодорожных тоннелях, заключающуюся в том, что объемная активность радона может колебаться в широком диапазоне, делая неприемлемым применение расчетного способа определения годовой ожидаемой дозы облучения работающего человека. В нормативно-методических документах имеются указания на необходимость определения и контроля индивидуальных доз облучения персонала, работающего с техногенными источниками ионизирующего излучения [15, 16]. На радоноопасных объектах принято считать [14], что доза облучения от изотопов радона связана с техногенными источниками, а в оценке облучения населения от природных источников основной акцент делается на содержании ЕРН в воздухе населенных пунктов, воде, пище [17]. Перечисленные проблемы обусловили актуальность настоящего исследования, целью которого явилось представление и обоснование концепции определения и учета доз облучения от природных источников в производственных условиях как основы гигиенического мониторинга условий труда в железнодорожных тоннелях Восточной Сибири. Для обоснования концепции были использованы данные литературы и результаты собственных исследований. Проведенные исследования объемной активности (ОА) радона в динамике ряда лет в Северо-Муйском [4, 8, 9, 19] и Байкальском [8] железнодорожных тоннелях ВСЖД позволили установить превышения гигиенических нормативов природных источников ионизирующего излучения на рабочих местах. В связи с чем по нашим рекомендациям и в соответствии с законодательством [5, 11, 12, 16] распоряжениями Руководства ОАО «Российские железные дороги» (от 26.06.2006 № 1283р, от 11.01.2008 № 25р) рабочие, обслуживающие Северо-Муйский и Байкальский железнодорожные тоннели, были приравнены по условиям труда к персоналу группы А, работающему с техногенными источниками излучения и являющемуся объектом радиационного контроля. Организация, обслуживающая железнодорожные тоннели, по законодательству несет ответственность за радиационную безопасность и обязана обеспечить контроль и учет индивидуальных доз облучения персонала, регулярное информирование персонала об уровнях излучения на рабочих местах и величинах индивидуальных доз облучения, разработку мероприятий по снижению доз облучения персонала и др. Согласно действующим санитарным правилам, для лиц персонала группы А эффективная доза облучения не должна превышать 20 мЗв в год в среднем за любые последующие 5 лет, но не более 50 мЗв в год [11]. Указанному дозовому пределу облучения соответствует среднегодовая допустимая объемная активность (ДОА) в единицах эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона — 1 200 Бк/м3 и торона — 270 Бк/м3. Установленному пределу дозы для персонала группы А (20 мЗв/год) соответствуют следующие значения предела годового поступления (ПГП) и ДОА смеси дочерних продуктов изотопов радона (222Rn и 220Rn) — 218Po (RaA); 214Pb (RaB); 214Bi (RaC); 212Pb (ThB); 212Bi (ThC) в единицах эквивалентной равновесной активности (для ПГП) и эквивалентной равновесной объемной активности (для ДОА): ПГП для радона: 0,10^аА+ 0,520r3B + 0,380r3C = 3,0 МБк (1) ПГП для торона: 0,91^ + 0,09^ = 0,68 МБк (2) ДОА для радона: 0,10А^а+ 0,52А^в + 0,38А^С= 1 200 Бк/м3 (3) ДОА для торона: 0,91А1ЬВ + 0,09ÂThC = 270 Бк/м3 (4), 15 Экология труда Экология человека 2013.02 где П и А — годовые поступления и среднегодовые объемные активности в зоне дыхания соответствующих дочерних продуктов изотопов радона. На практике измерения ОА отдельных короткожи-вущих дочерних продуктов изотопов радона и торона, а также последующие расчеты по формулам (1, 2) и (3, 4) обычно не выполняют в связи с отсутствием как доступных методик измерения, так и приборов контроля, а для характеристики радиационной обстановки используют значения ЭРОА радона и торона [18]: ЭРОА Rn = F · ОА (5), где ЭРОА Rn — ЭРОА радона; F — коэффициент, характеризующий сдвиг радиоактивного равновесия между радоном и его дочерними продуктами распада, принимается равным 0,5; ОА — объемная активность радона (Бк/м3). Формула для расчета ЭРОА торона в нормативнометодических документах отсутствует, так как эта величина определяется только путем прямых измерений. Среднегодовое значение ЭРОА изотопов радона в воздухе рассчитывается по формуле [17]: А = А R + 4,6 · А T (6), экв экв, Rn ’ экв, in v п где: Аэкв Rn и Аэкв Tn — среднегодовая ЭРОА радона и торона в воздухе соответственно. В основном доза облучения населения от природных источников формируется за счет радона — до 90 % и лишь на 10 % за счет торона [6]. Торон в радиоэкологическом плане менее опасен, но при комбинированном воздействии неблагоприятных факторов производственной среды могут создаваться повышенные концентрации, представляющие токсико-радиационную опасность ухудшения здоровья [3]. При изучении почвы и воздуха жилых и общественных помещений в Прибайкалье установлено соотношение активностей радона и торона 1 : 60 [20, 23], то есть вклад торона в облучение населения составляет не более 2 %. Сведений по содержанию торона и его вкладу в облучение при воздействии природных источников ионизирующего излучения на рабочих местах в доступной литературе нами не обнаружено. Основной источник поступления радона в выработки тоннелей — радоносодержащие воды, поступающие через тектонические разломы, текущие по почве и стенам выработок [9]. Подземные источники имеют разную температуру воды. В исследованиях В. С. Молчанова [10] показано, что холодные воды являются более радиоактивными, чем термальные. Наличие холодных радоносодержащих вод обусловливает не только высокую ЭРОА радона, но и высокую относительную влажность воздуха рабочей зоны, достигающую, по нашим данным, 89—99 % на отдельных участках Байкальского и Северо-Муйского тоннелей [8]. В условиях повышенной влажности железнодорожных тоннелей делается невозможным применение аспирационной методики осаждения дисперсной фазы радиоактивных аэрозолей на фильтры, на которой основан принцип действия наиболее часто используемых приборов для измерения ОА радона и ЭРОА радона и торона (РАА-10, РРА-01М-01 и др.) специалистами лабораторий производственного контроля. Проводимые в Северо-Муйском тоннеле измерения радона аспирационными радиометрами [9, 19] не могли лечь в основу мониторинга радона на рабочих местах в железнодорожных тоннелях из-за необходимости частой смены фильтров в приборах и соответственно высокой трудоемкости измерений. В результате проведенного нами анализа технических характеристик ряда радиометров наиболее оптимальным для измерения ОА радона в условиях повышенной влажности Северо-Муйского и Байкальского тоннелей был признан профессиональный прибор Радон-монитор Alpha GUARD PQ 2000 PRO (Германия) с соответствующим программным обеспечением, его действие основано не на аспирационной методике, а на альфа-спектрометрии. Он позволяет безотказно проводить непрерывный мониторинг объемной активности радона и дочерних продуктов его распада в воздухе производственных помещений с одновременным измерением температуры, относительной влажности и атмосферного давления в течение длительного времени (сутки, месяцы), выводить информацию на мобильный персональный компьютер. Измерение ОА радона при использовании камеры для прокачки воздуха позволяет оперативно пройти участки с большой протяженностью и высокими уровнями радона, сделав репрезентативные выборки. Указанные преимущества прибора особенно важны, так как, по нашим данным и данным Н. А. Мироненковой [9], в период прохождения подвижного железнодорожного состава, а также при разных режимах работы вентиляционной системы уровни радона резко меняются как в сторону снижения, так и в сторону увеличения в течение нескольких минут. Объемная активность радона в воздухе рабочей зоны вариабельна и детерминируется многими факторами. Среди них особо следует выделить температуру воздуха, так как вариация метеорологических параметров атмосферы приводит к изменению конвективных условий в породах и грунте, определяющих перенос радона к земной поверхности. Не менее важными являются и режим проветривания тоннелей и штолен, зависящий от эффективности работы вентиляционной системы, от того, открыты или закрыты порталы тоннеля, и наличие «поршневого эффекта», а также мощность выхода подземных вод на поверхность. Территория расположения Северо-Муйского тоннеля отличается не только суровым климатом, но и сложной сейсмической обстановкой — частыми землетрясениями с силой до 9 баллов, что также влияет на содержание радона в выработках тоннеля [1, 22]. Поэтому для контроля радиационной обстановки нами предложено измерять ОА радона в определенных контрольных точках (пикетах), в которых нахо 16 Экология человека 2013.02 Экология труда дятся все постоянные и временные рабочие места, маршруты передвижения персонала. Расположение контрольных точек, неизменное в течение всего периода проведения измерений, в дальнейшем может меняться по мере изменения объема и характера работ и маршрутов передвижения. Маршруты передвижения работников для учета времени воздействия радона необходимо устанавливать по техническим картам, которые заполняются перед каждой сменой в тоннеле, журналам нарядов, а также по специальным отчетам лиц, привлекаемых для работ из других организаций и не имеющих постоянных рабочих мест в тоннеле. Работающие по роду выполнения должностных обязанностей могут быть задействованы в выполнении работ как непосредственно в тоннеле, так и в рабочей штольне, где ОА радона различаются, что также необходимо учитывать. Результаты замеров ОА радона и расчета ЭРОА радона следует регистрировать в журнале «Регистрация ОА и ЭРОА радона на рабочих местах» с расчетами среднемесячных значений. Там же должны отмечаться режимы работы вентиляции. Как было отмечено ранее, контроль за радиационной обстановкой в обязательном порядке проводится в условиях использования техногенных источников ионизирующего излучения, необходимые учетные документы для таких условий существуют. Нами предложено использовать подобные документы в условиях облучения персонала от природных источников излучения. Так, основным документом по учету индивидуальных эффективных доз облучения будет являться «Карта учета индивидуальной эффективной дозы облучения работающего», в которой наряду с паспортной частью (Ф. И. О., пол, возраст, должность, стаж) должны отражаться сведения о виде и характере облучения, средствах защиты органов дыхания, дозы облучения за месяц, квартал, год в динамике за 5 лет. Определение времени воздействия ионизирующего излучения на работника в соответствии с «Картой учета индивидуальной эффективной дозы...» должно проводиться согласно выданным нарядам на выполнение работ, результаты которых отражаются в «Журнале учета пребывания работающего на рабочем месте». Учитывая различия ОА радона на различных эксплуатационных участках, в журнале необходимо отражать время пребывания отдельно в транспортном тоннеле (Trr), транспортно-дренажной штольне (Т ), время проезда к рабочему участку (T). Определение периодичности выполнения замеров ОА радона в тоннеле и рабочей штольне следует проводить с учетом специфики формирования радиационной обстановки. По нашим данным, ЭРОА радона в транспортных тоннелях и транспортно-дренажных штольнях варьирует в широких диапазонах (табл. 1, 2). Поэтому наиболее объективным будет измерение ОА радона на рабочих местах не реже одного раза в неделю, что позволит своевременно определять индивидуальные дозы и необходимость перевода персонала на рабочие места с более низкими значениями ОА радона во избежание их переоблучения. Эффективная доза облучения (Н ), по нашему представлению, должна рассчитываться с учетом среднего значения ЭРОА радона на рабочих местах и маршрутах передвижения (Бк/м3), а также времени пребывания в условиях радиационного воздействия. Нами предложено определять эффективную дозу за месяц по нижеприведенной формуле, так как техническое задание для каждого работника и соответственно время пребывания в условиях радонового воздействия могут меняться: Н = (9,8 · 10-6 · T · nI -i- ÍQ я · in-в ЭРОА ) + (9,8 · 10-1 ср.тт/ ' ’ T · ЭРОА ) + (9,8 · 10-6 тдш ср.тдш' v ’ · ЭРОА ) ср.пр' Т (7), где Нвн — эффективная доза внутреннего облучения Таблица 1 Радиационно-гигиенический мониторинг содержания радона 222Rn в воздухе зоны дыхания работающих в Северо-Муйском тоннеле в 2008-2011 гг. Эквивалентная равновесная объемная активность радона, Бк/м Место замера 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. Х Т Х Т Х Т Х Т Транспортно-дренажная штольня 54—7450 435 — 13300 54 — 7450 435— 13300 752 — 6320 400 — 5560 103—4920 1505— 8450 Транспортный тоннель 305 — 1190 34—690 305—1190 34 — 680 95 — 796 246—5040 32—2660 249—1895 Примечание для табл. 1 и 2. Х — холодный период года, Т— теплый период года. Радиационно-гигиенический мониторинг содержания радона 222Rn в воздухе зоны дыхания работающих в Байкальском тоннеле в 2008-2011 гг. Таблица 2 Эквивалентная равновесная объемная активность радона, Бк/м3 (min—max) Место замера 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. Х Т Х Т Х Т Х Т Транспортно-дренажная штольня 360—2048 145—5120 82—930 140 — 6800 119—3604 213—5820 61 — 1342 195—3150 Транспортный тоннель 12—304 88—1642 50—500 16—5050 34—278 28 — 331 20—448 45—760 17 Экология труда Экология человека 2013.02 за месяц (мЗв/год); 9,8 · 10-6 — условный дозовый коэффициент для перехода от экспозиции к эффективной дозе для персонала группы А, мЗв; Ttt — время нахождения рабочего в транспортном тоннеле, Ттдш — время нахождения рабочего в транспортно-дренажной штольне, час; Ттдш — время проезда рабочего к месту производства работ, час; ЭРОАср — среднее значение ЭРОА радона на рабочих местах и маршрутах передвижения, Бк/м3. Необходимая для оценки условий труда годовая эффективная доза облучения рабочего, обслуживающего железнодорожный тоннель, будет складываться из индивидуальных доз облучения, полученных за отработанные месяцы (H1, Нвн2 и т. д.): Н = H1 + ... + H1, (8). вн.год. вн.1 вн.1, v ’ Годовые дозы облучения персонала учитываются нарастающим итогом по месяцам. Такой детальный подход позволяет при приближении к дозовому порогу оперативно принимать меры по уменьшению дозовой нагрузки персонала путем перемещения работающих на менее радоноопасные участки. Лицам, у которых эффективная доза облучения достигает 20 мЗв, администрация обязана предоставить работу, не связанную с воздействием ионизирующего излучения до конца года [11, 16]. Принимая во внимание существенный объем необходимых работ по учету индивидуальных эффективных доз облучения работающих в подземных условиях в железнодорожных тоннелях и отнесение рабочих к персоналу группы А, полагаем целесообразным организовать специальную группу радиационного контроля (ГРК), на сотрудников которой необходимо возложить выполнение таких задач, как замеры ОА радона в контрольных точках; расчет ЭРОА радона в воздухе рабочей зоны на рабочих местах и маршрутах передвижения работников; ведение учетных документов; информирование администрации о лицах, получивших эффективную дозу облучения выше предела доз; оценка режимов работы вентиляционных систем; составление отчетов о состоянии радиационной обстановки на рабочих местах; разработка предложений по изменению режимов работы вентиляционных систем для снижения содержания радона в воздухе рабочей зоны; оценка эффективности проводимых мер противорадиационной защиты; разработка рекомендаций и мероприятий по улучшению радиационной обстановки совместно с другими службами и администрацией предприятия. Схема контроля радиационной обстановки в железнодорожных тоннелях представлена на рисунке. Персонал ГРК должен знать и владеть методами расчета индивидуальной эффективной дозы облучения, измерения ОА радона в воздухе рабочей зоны, ведения учетных документов. Необходимая численность ГРК зависит от количества контрольных точек, периодичности измерений и протяженности маршрутов обследования. Численность персонала ГРК, требующаяся для проведения измерений ОА радона в тоннелях, Группа радиационного контроля Администрация организации 5ояк Ssks C^tfSS -&SS ^ ЛйИО S S X * SSh Syo CUoco CU Л ^ s « S Λ ^ss CU о ^cuo Схема контроля радиационной обстановки на рабочих местах в железнодорожных тоннелях Восточно-Сибирской железной дороги можно рассчитать по формуле, разработанной для условий использования техногенных источников ионизирующего излучения [15]: В = (1,6А [К (Т + Т ) + М (Т - Т )]) / ν ’ L4V изм всп' ν см доп7-1' ' / В (Т - Т ) (9), см доп где: А - средняя по всем контрольным точкам периодичность измерений (количество измерений в квартал на точку); К - общее количество контрольных точек, Тизм - аппаратурное время одного измерения, мин; Т - вспомогательное время, затрачиваемое на всп ^ ^ подготовку измерений, запись показаний прибора и т. п.; М - количество рабочих смен, необходимое для однократного обхода всех контрольных точек тоннелей; Т — продолжительность рабочей смены сотрудника ГРК, мин; Тдоп — дополнительное время, затрачиваемое ежедневно сотрудником ГРК на получение задания и аппаратуры, согласование маршрута и т. п., мин.; В — количество рабочих дней в квартале, затрачиваемое одним сотрудником ГРК на проведение контроля, за вычетом количества дней профилактического ремонта, поверки прибора; 1,6 — коэффициент, учитывающий резерв времени на оперативный контроль и измерения специального характера (изменение режима вентиляции, после прохождения подвижного состава и т. п.). Расчеты, проведенные нами для обслуживающих Северо-Муйский и Байкальский тоннели работников по формуле (9), показали, что средняя годовая эффективная доза облучения подземных рабочих колеблется от 0,065 до 23,439 мЗв. При этом у тоннельных рабочих диапазон доз составил от 0,065 до 22,724 мЗв/год, у слесарей-электриков — от 2,392 до 23,439 мЗв/год, у машинистов компрессорных установок — от 18,298 до 20,717 мЗв/год, что превышает допустимый предел доз для лиц персонала группы А. Таким образом, предложенный концептуальный подход к учету индивидуальных доз облучения работающих в условиях неконтролируемого воздействия природных источников ионизирующего излучения отражает специфику формирования радоноопас-ности железнодорожных тоннелей, существенные 18 Экология человека 2013.02 Экология труда пространственно-временные вариации объемной активности радона. Такой подход позволяет проводить мониторинг условий труда по радиационному фактору: рассчитывать необходимые для гигиенической оценки суммарные годовые эффективные дозы облучения от природных источников в производственных условиях, отслеживать в динамике года индивидуальные дозы облучения и своевременно принимать эффективные управленческие решения по снижению дозовой нагрузки на персонал. Мониторинг индивидуальных доз облучения от природных источников в производственных условиях позволит администрации оперативно принимать обоснованное решение о переводе работающих на менее радоноопасные места производства работ и тем самым снижать годовую индивидуальную дозу облучения до допустимых пределов.