4.4.5 毛细管内压实膨润土可控取样装置
扩散过程完成后，切取毛细管内的压实膨润土样品并测量示踪剂的分布，是获取扩散系数的核心步骤，这个步骤的准确性与精确性直接决定实验数据的质量。文献中的毛细管法是采用手工操作方法推出毛细管内的压实膨润土，目测推出压实膨润土样品的长度，然后进行切割取样。在这种操作模式下，一般都是推出一个固定长度后进行等长切片，测定每个切片的放射性计数，使用此计数值来代替每个切片沿毛细管径向长度方向中间位置处位点的计数值，再代入有关公式进行拟合。这种等长切片方式有两个问题需要注意：①每个切片的长度（沿毛细管径向长度方向）应尽可能短，这样在使用切片的总计数代替中间位置单一位点的计数时所产生的不确定度将较小；②切片时，切片的实际长度需要尽可能精确控制。我们通过测试发现，手工推出取样存在较大的误差，这是由于管内压实膨润土在吸水饱和之后与毛细管内壁的摩擦力大增，推出时所需力量较大，导致不易控制，再加上目测判断的不确定性，切片实际长度很难得到保证。切片长度的变化将为实验结果引入难以计算的不确定度，其他各种控制条件的影响可能丧失其显著性。
为解决这一问题，我们设计加工了毛细管内压实膨润土可控机械推出取样装置。这一装置靠螺纹定位系统，准确控制推出顶针运动的距离，精确控制从毛细管内推出压实膨润土的长度。在推出顶针从毛细管开口端进入毛细管内以后，只须控制顶针以固定的步长前进，压实膨润土样品就会以固定长度从毛细管另一端被推出管外，然后进行切割取样。这一装置的特色在于，设计了一个能够实现精确定位的毛细管夹持装置，通过该夹持装置定位，使毛细管与推出顶针处于同一直线上，然后进行后续的推出操作。该装置的设计图纸示于图4-28（装置整体）和图4-29（毛细管夹持装置），实物照片示于图4-30。
图4-28 毛细管内压实膨润土可控推出取样装置整体设计图
图4-29 可控推出取样装置的毛细管夹持装置设计图
图4-30 毛细管内压实膨润土可控推出取样装置实物照片
我们在实验测试中发现，当毛细管内压实膨润土的干压实密度为1 500 kg/m3时，可控推出取样装置的工作状况良好，但当干压实密度为1 800 kg/m3时，该装置的性能则并不令人满意，表现为推出顶针在与毛细管内的压实膨润土样品接触后将发生形变，无法保持直线运动。我们认为这是由于当干压实密度达1 800 kg/m3时，饱和压实膨润土与毛细管内壁之间的摩擦力非常大，此时使用钢制成的推出顶针的机械强度已无法承受。为此，我们以PEEK 毛细管24 mm 定长切割装置为蓝本，设计加工了PEEK 毛细管2 mm 定长切割装置。此装置可以直接将内部装填有压实膨润土的PEEK 毛细管切割为长度2 mm 的片段，然后直接使用带管片段进行示踪剂活度测定。该切割装置的实物照片示于图4-31。
图4-31 PEEK毛细管2mm定长切割装置实物照片
经实验测试，该定长切割装置在干压实密度为1 800 kg/m3的实验条件下具有良好的性能。