4.4.6 毛细管法扩散实验
所有扩散实验均采用双平行样品，在实验室大气环境下进行。使用毛细管机械装填装置向24 mm 定长PEEK 毛细管中装入烘干后的原状高庙子膨润土，毛细管的装填长度为23.5 mm，控制干压实密度为1 500 kg/m3或1 800 kg/m3，实际装填的干压实密度在控制在误差±20 kg/m3以内。将同组的两根毛细管放入一个7 m L 具塞聚丙烯离心管中，向其中加入5.0 m L 饱和平衡溶液，进行压实膨润土的吸水饱和及孔隙溶液平衡。饱和平衡溶液为具有一定离子强度、浓度和p H 的高氯酸钠溶液（作为一价阳离子与一价阴离子构成的电解质，其离子强度与浓度的数值和量纲均相同），其离子强度与p H 均与该组毛细管扩散实验的扩散源液相同，其p H 用微量高氯酸和氢氧化钠溶液调节，对于较强酸性和碱性的p H 条件（p H 2和p H 11），p H 对离子强度的影响已从高氯酸钠溶液浓度中预先扣除。在饱和平衡过程中毛细管两端开口不密封，此过程中会有微量膨润土从毛细管中漏出。每隔48 h将饱和平衡溶液更换为相同成分的新鲜溶液，同时测定毛细管的质量。当毛细管质量不再上升时视为压实膨润土已达饱和，此饱和时间一般为20 d左右。为确保压实膨润土孔隙溶液的化学环境与饱和平衡溶液相同，实验中的总饱和时间设定为35～40 d。平衡饱和过程结束后测定毛细管的最终质量，由最终质量确定毛细管内压实膨润土的饱和压实密度（湿压实密度）。干压实密度为1 500 kg/m3的压实膨润土饱和压实密度约为1 900 kg/m3（理论值为1 940 kg/m3），而干压实密度为1 800 kg/m3的压实膨润土饱和压实密度则约为2 050 kg/m3（理论值为2 130 kg/m3）。
将饱和平衡的毛细管的远端（膨润土未填满的一端）使用封口膜缠裹密封后，以远端在上的方式放入另一个7 m L离心管中，向离心管中加入5.0 m L扩散源液。扩散源液为具有设定离子强度、p H 以及碘离子浓度的高氯酸钠/碘化钠混合溶液，其中加入活度约为10 MBq，体积为10μL的Na125I溶液作为放射性示踪剂，示踪剂对碘离子浓度的影响已预先在载体碘离子浓度中扣除。加入示踪剂后，立刻将离心管放入具有设定温度的恒温水浴锅内，扩散时间为24 h。扩散结束后，将毛细管取出，用去离子水反复冲洗毛细管外壁。对于干压实密度为1 500 kg/m3的扩散实验，使用毛细管可控推出取样装置，将管内膨润土样品自远端开口推出，弃去前3.5 mm 的样品，将后20 mm 样品切割为长度2 mm 的切片，每根毛细管得到10 个切片，用于测定。对于干压实密度为1 800 kg/m3的扩散实验，则使用2 mm 定长切割装置直接将毛细管切割为12个2 mm长的片段，弃去自远端算起的前2片，将后10个片段的外表面再次使用去离子水冲洗后用于测定。由于所使用的125I示踪剂具γ放射性，因此无论是膨润土切片还是带管的片段都直接使用自动γ计数器进行测定，测定的射线能量范围为25～75 ke V，探测效率约为70%。
通过上述实验操作，所测得的原始数据为每根毛细管内压实膨润土样品自近端起20 mm 区域内放射性示踪剂的活度分布，表现为10个离散的数据点，分别代表扩散坐标1 mm、3 mm、5 mm、7 mm、9 mm、11 mm、13 mm、15 mm、17 mm 和19 mm 处 的 示 踪 剂 浓度水平。为了对扩散数据进行拟合，北京大学核环境化学课题组专门编制了一个配套毛细管法的CAPILL程序。CAPILL 程序在进行数据拟合的过程中，充分考虑了内扩散法和毛细管法的特点，其主要功能特点有：
（1）可选择任意切片长度与任意切片点进行拟合；
（2）通过辛普森积分拟合各数据点之间的示踪剂浓度分布，与中点矩形拟合方法相比，更符合实际情况；
（3）对各数据点进行加权处理，使高读数数据点具有更高的统计权重，减小实验误差带来的影响，并提供三种不同的加权方法，可根据具体情况灵活选用；
（4）可自行设定收敛规则，并给出拟合结果误差；
（5）可方便地将以Excel表格形式记录的实验数据直接导入程序；
（6）程序的输出文件除给出对各数据点的拟合情况和所得表观扩散系数外，还给出残差和、标准差、哈密尔顿因子和相关系数等统计数据；
（7）程序给出可直接用于计算机作图的数据输出文件。
表4-12中列出了使用以上实验装置和实验操作流程所完成的毛细管法扩散实验的具体实验条件。
表4-12 毛细管法扩散实验的实验条件
续 表
