4.4 碘在高庙子膨润土中的扩散[2]
研究核素在膨润土中的扩散实验一般使用具有一定厚度的压实膨润土块体或柱体。恒定源浓度通透扩散法和内扩散法已广泛应用于研究核素的扩散性质研究中。通常所用的扩散实验装置的大小在厘米量级，所使用的压实膨润土样品的几何尺寸也主要分布在1～10 cm 内。几何尺寸在厘米以及更大的扩散实验装置通常称为传统扩散实验装置。使用传统扩散实验装置开展针对压实膨润土的扩散实验，需要一些土力学和土工学的专用设备，如万能试验机等配套设备；对于实验装置本身来说，由于加工技术和相应零配件的限制，实验装置尺寸要进一步小型化比较困难，并且实验装置总体而言仍较为复杂，由此造成较高的设计加工成本。实验装置设计上的困难提高了这方面研究的门槛；较高成本导致不利于大规模加工生产实验设备并开展大量样品的平行实验；实验装置自身的体积、形状与结构对引入各种实验条件施加了一定的限制；相对较大尺寸的实验装置意味着较大的样品尺寸与样品用量，完成一次实验所需时间也较长；传统实验装置对于滤网的依赖性给实验数据处理带来了一定的困难与不确定性。
近年来，一种利用毛细管作为实验工具的实验方法——毛细管内扩散法逐渐进入人们的视野。毛细管法本质上是以毛细管代替传统内扩散实验中的扩散柱来实现内扩散实验方法小型化的一种实验技术。在20世纪中期，已经有人利用毛细管作为实验工具测定各种物质在液态水中的扩散迁移行为。2003年法国的Montavon等与王祥科合作，率先将此方法应用到压核素在实膨润土中的扩散研究中。他们采用的毛细管法的一般实验流程如下。
（1）使用内径为1 mm 左右、长度为30～40 mm 的玻璃或者其他材质的毛细管作为实验工具，将处于松散状态的干膨润土以一定的压实密度，逐渐填充入毛细管中，在管内形成一段具有一定密度的、大致均匀的压实膨润土柱体，柱体一端与毛细管的开口端位于同一平面，作为扩散物质在土柱中扩散的起点（此后称为近端）；柱体另一端则位于毛细管另一开口端以下（此后称为远端），柱体填充长度小于毛细管管长，一般为25～35 mm。
（2）将毛细管置入地下水、模拟地下水或者具有一定离子强度的背景电解质溶液中，使膨润土柱体与这些溶液长时间接触，利用膨润土自身的吸水特性使压实膨润土柱体达到吸水饱和的状态，这一过程称为压实膨润土的饱和平衡。饱和平衡的目的是使膨润土内部孔隙中充满孔隙溶液，确保扩散物质只能通过扩散的方式在柱体中迁移，同时也使孔隙溶液的化学环境与外部溶液（饱和平衡溶液）处于平衡状态。
（3）待膨润土柱体饱和平衡完全之后，将毛细管近端与有一定体积的扩散源液接触，远端则不与扩散源液接触，使扩散物质自柱体近端开始在土柱中扩散。
（4）经过一定的扩散时间后，取出毛细管，将管内的压实膨润土柱体从毛细管一端开口逐步推出，将推出的柱体按一定的长度切片。
（5）分别测定每个切片的放射性活度（对于稳定同位素则通过其他分析手段直接或间接测其浓度），以获取扩散物质在压实膨润土柱体中沿管长方向的一维浓度分布。
在整个实验过程中，扩散源液中扩散物质的浓度应始终保持（近似）为定值；压实膨润土柱在实验过程中应满足半无限长设定，即扩散物质不能扩散到膨润土柱的远端。整个实验的操作流程如图4-24所示。得到扩散物质的一维浓度分布情况之后，数据处理的方法与传统的恒定源浓度内扩散法完全相同，通过拟合的方法得到表观扩散系数Da。
图4-24 毛细管法实验操作流程图[6]
相对于稳态通透扩散法，内扩散法已经在实验速度上存在优势，而毛细管法将传统内扩散方法小型化后进一步突出了这种速度优势，同时还克服了传统方法对专业土工设备的需求（在实验装置的设计加工难度和开发成本方面的问题，装置的体积、形状对实验条件的限制，较多的样品用量和较多的实验废物等诸多局限和不足）。在毛细管法中，由于管内膨润土柱体与外部溶液（包括饱和平衡溶液和扩散源液）之间的接触面积很小（近端开口不到1 mm2），只有极少量的膨润土会因吸水后膨胀而脱离毛细管，因此在毛细管法实验过程中无须在毛细管开口处放置滤网，从而简化了实验数据的处理。