Несимметричный диметилгидразин и его свойства
Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) - высокотоксичное вещество, широко используемое в качестве ракетного топлива. Оно обладает уникальными характеристиками, позволяющими создавать эффективные жидкостные ракетные двигатели. Однако НДМГ представляет большую угрозу для экологии и здоровья людей. Давайте разберемся в его свойствах, применении и влиянии на окружающую среду.
1. Физико-химические свойства НДМГ
По химической структуре НДМГ представляет собой производное гидразина с формулой (CH3)2N2H2. Это бесцветная или слегка желтоватая жидкость с резким неприятным аминоподобным запахом. Температура кипения составляет +63,1°С, температура замерзания - −57°С.
НДМГ обладает высокой растворимостью в воде, спиртах, нефтепродуктах и других органических веществах. При этом он сильно гигроскопичен и активно поглощает влагу из воздуха.
Летучесть и испаряемость НДМГ довольно высоки. Уже при комнатной температуре он интенсивно испаряется с образованием паров, опасных при вдыхании.
Воспламеняемость и взрывоопасность НДМГ также велики. Температура воспламенения составляет всего 249°С. При контакте с сильными окислителями, такими как азотная кислота, тетраоксид азота или перекись водорода, НДМГ способен мгновенно воспламеняться или взрываться.
2. Применение НДМГ в ракетостроении
Благодаря своим уникальным физико-химическим характеристикам, НДМГ широко используется в качестве компонента ракетного топлива для жидкостных ракетных двигателей. Такое топливо на основе НДМГ обладает более высокой энергетической эффективностью по сравнению с традиционным углеводородным горючим.
В паре с окислителем тетраоксидом азота топливо НДМГ+АТ образует высокоэффективную и вместе с тем технологичную композицию для ракетных двигателей. Это топливо используется в таких известных российских ракетах-носителях, как "Протон", "Союз", "Энергия" и др.
Однако хранение и транспортировка НДМГ требуют особых мер предосторожности. Его необходимо всегда держать под избыточным давлением инертного газа в герметичных емкостях из нержавеющей стали. Любой контакт с воздухом или влагой чреват воспламенением или взрывом.
При работе с НДМГ обязательно использование средств индивидуальной защиты – противогазов, спецодежды, перчаток. Также необходимо строгое соблюдение правил пожарной безопасности.
3. Воздействие на окружающую среду
Несимметричный диметилгидразин отличается крайне низкой экологической безопасностью. Уже небольшие утечки этого вещества способны нанести огромный вред окружающей среде.
При попадании в почву НДМГ довольно стабилен и может сохраняться там на протяжении многих лет. Происходящее при этом медленное окисление с образованием токсичных продуктов представляет постоянную опасность для растений и живых организмов.
Особую угрозу несет попадание НДМГ в водоемы. Даже мизерные концентрации порядка 0,02 мг/л способны полностью дезактивировать микрофлору и фауну. А при концентрациях свыше 0,2 мг/л наступает полная гибель водной экосистемы.
К сожалению, в прошлом уже было немало аварий и инцидентов, сопровождавшихся утечками компонентов ракетного топлива, в том числе НДМГ, со всеми вытекающими последствиями.
Существуют химические методы обезвреживания и нейтрализации проливов НДМГ с использованием гипохлорита кальция, шунгита и других реагентов. Однако на 100% устранить нанесенный ущерб природе не удается.
4. Токсичность НДМГ
Помимо экологической опасности, несимметричный диметилгидразин представляет серьезную угрозу для здоровья людей. Это вещество имеет сильное острое и хроническое токсическое воздействие.
Основной источник отравления несимметричным диметилгидразином - вдыхание его паров или аэрозолей. Уже в небольших концентрациях порядка 0,001 мг/м3 они раздражают слизистые и вызывают нарушения со стороны нервной системы. При вдыхании бо́льших количеств может наступить потеря сознания.
Другим путем поступления НДМГ в организм является контакт с кожей. Хоть и в значительно меньшей степени, чем при вдыхании, через кожу эта вещество тоже всасывается и вызывает различные нарушения.
Симптомы острого отравления несимметричным диметилгидразином включают кашель, боли в груди, нарушения сердечного ритма, тошноту, рвоту, головокружение, сонливость. В тяжелых случаях может наступить смерть от остановки дыхания и сердца.
5. Хроническая токсичность НДМГ
Помимо сильного острого эффекта, несимметричный диметилгидразин обладает выраженным хроническим токсическим и мутагенным действием при длительных низкоинтенсивных воздействиях.
Хроническое влияние паров и аэрозолей НДМГ приводит к стойким нарушениям со стороны центральной нервной системы, кроветворения, печени, почек и других жизненно важных систем. Описаны также случаи онкологических заболеваний.
Крайне опасно даже однократное острое отравление несимметричным диметилгидразином. В последующем оно резко повышает вероятность возникновения злокачественных опухолей и других тяжелых болезней.
6. Меры защиты при работе с НДМГ
Исходя из этих данных, при работе с несимметричным диметилгидразином крайне важно максимально снизить риск воздействия на персонал.
Обязательным является использование изолирующих средств защиты органов дыхания (противогазы, респираторы), герметичных комбинезонов, перчаток и очков. Необходимы также душевые, специальные шлюзы и другие меры защиты.
Рабочий электрод несимметричного диметилгидразина должен изготавливаться из инертных по отношению к этому соединению материалов, например платины.
7. Оказание помощи при отравлении НДМГ
Для снижения последствий острого или хронического отравления несимметричным диметилгидразином важно как можно быстрее начать адекватное лечение.
Необходимы срочная госпитализация, тщательное наблюдение за жизненно важными функциями, подача кислорода, введение антидотов. В последующем требуется длительное восстановительное и профилактическое лечение.
К сожалению, ни один из существующих методов терапии не гарантирует полного предотвращения отдаленных последствий отравления несимметричным диметилгидразином.
8. Экологические последствия аварий с НДМГ
К сожалению, история знает немало техногенных аварий и катастроф, сопровождавшихся проливом или выбросом в окружающую среду больших количеств несимметричного диметилгидразина.
Так, в 60-70-х годах прошлого века на космодромах Плесецк и Байконур произошло несколько запусков ракет-носителей с разгерметизацией баков горючего на этапе полета. В результате на обширные территории выпали токсичные компоненты топлива, в том числе НДМГ.
Последствия этих аварий оказались катастрофическими для окружающей среды и здоровья людей. Наблюдалась массовая гибель флоры и фауны, рост онкологических и других заболеваний в пострадавших районах.
9. Альтернативные виды ракетного топлива
Исходя из экологических соображений, в настоящее время интенсивно ведутся разработки более безопасных альтернатив несимметричному диметилгидразину.
Среди перспективных направлений следует отметить создание гибридных электроракетных двигателей, использующих в качестве рабочего тела "зеленые" монопропелланты на основе перекиси водорода или нитрата гидразиния.
Также имеются определенные успехи в разработке высокоэффективных и экологичных ионных ракетных двигателей.
10. Проблемы замены НДМГ
Однако полностью отказаться от использования токсичного, но энергетически выгодного несимметричного диметилгидразина пока не представляется возможным.
Альтернативные виды топлива и двигателей по целому ряду параметров все еще уступают традиционной паре НДМГ+АТ. К тому же их внедрение потребует колоссальных экономических затрат и временных издержек.
Так что в обозримой перспективе человечеству придется находить компромисс между пользой и риском применения этого неоднозначного вещества - несимметричного диметилгидразина.
11. Выводы
Подводя итог, отметим, что НДМГ, безусловно, останется в обозримом будущем одним из основных компонентов ракетного топлива для жидкостных ракетных двигателей.
Вместе с тем необходим поиск путей максимально возможного снижения его экологических рисков - как при нормальной эксплуатации, так и в аварийных ситуациях.