5.5.2　瑞士格里姆瑟尔（Grimsel）地下实验室

瑞士Grimsel地下实验室位于瑞士北部，地下基岩由Grimsel花岗闪长岩和中央阿勒河（Aare）花岗岩组成。在近闪长岩一侧，花岗岩富含黑云母[175]。Degueldre等[176]采集了Grimsel地下水，用超滤膜提取了其中的胶体，并进行了表征，发现Grimsel地下水中的胶体是由硅酸盐和有机颗粒组成的复合胶体。胶体中无机部分含有Si、Ca、Mg、Sr、Ba、Fe和S元素。1983年春季在建造Grimsel试验点（GTS）时，花岗岩裂隙水流向试验场迁移区，到了1986年8月研究活动开始，体系达到稳定状态，胶体浓度为每升1010个颗粒。无机胶体可能主要来自脆性材料的机械粉碎过程，水的移动和小的地壳运动导致的侵蚀作用也可产生胶体。岩石表面的微生物活动产生了少量的可迁移的有机物胶体（细菌、腐殖质等）。Möri等[177]在GTS进行了胶体和放射性核素的阻滞实验，旨在研究膨润土胶体对锕系元素和裂变产物迁移的影响。结果表明，膨润土胶体显著促进了Am（Ⅲ）和Pu（Ⅳ）的迁移。不存在膨润土胶体时，Am 和Pu的回收率为20%～30%；而存在膨润土胶体时，Am 和Pu的回收率高达60%～80%。

Gillow 等[178]表征了Culebra和GTS地下水中的微生物种群，并研究了U 和Pu在两种地下水中所提取的微生物上的吸附。Culebra地下水（离子强度2.8 mol/L，p H=7.0）每毫升含有（1.51±1.08）×105个微生物，微生物的平均长度为（0.75±0.04）μm、宽度为（0.58±0.02）μm。GTS地下水（离子强度0.001 mol/L，p H=10）每毫升含有（3.97±0.37）×103个微生物，其平均长度为（1.50±0.14）μm，宽度为（0.37±0.01）μm。在地下水中添加合适的电子给体和受体，可以促进好氧、反硝化、发酵和醋酸微生物的生长。他们研究了U 在经过琥珀酸盐和硝酸盐处理的Culebra地下水中分离出来的纯培养物（CDn）、GTS地下水中分离出来的醋酸杆菌属以及各种嗜盐菌和非嗜盐菌上的吸附，发现p H=5.0时，CDn[（0.90±0.02）×108细胞/m L]可以吸附32%的U[干燥细胞：（180±10）mg U/g]，醋酸杆菌属[（3.55±0.11）×108细胞/m L]可以吸附21%的U[干燥细胞：（70±2）mg U/g]。其他的培养物可以吸附更多的U，特别是盐生盐杆菌可以吸附90%的U。p H=5.0时，仅仅有一小部分Pu吸附在了醋酸杆菌上，这与p H 为6.0和8.0时Pu在嗜盐菌上的吸附类似，吸附百分数为2.5%～9%，最大吸附量为145 pg Pu/mg干燥细胞。Culebra和GTS地下水中微生物菌体的尺寸都属于胶体的范围。此外，他们还研究了细胞的形状和尺寸对其在石英砂柱中迁移的影响，发现流出液中细胞的平均长度变短（流入液为1μm，流出液为0.5～0.7μm），流出液中球形的细胞比流入液中多，说明细胞形状是控制迁移的重要因素。Culebra地下水中提取的细胞是球形的，而Grimsel地下水中提取的细胞是细长的，因此更容易黏附在岩石的表面。

Quinto等[179]应用加速器质谱研究了胶体的存在对GTS放射性核素示踪实验的影响。注入锕系元素和膨润土胶体之后，监测流出液中Np（Ⅴ）、Pu（Ⅳ）、Am（Ⅲ）和U（Ⅵ）的浓度随时间的变化（穿透曲线）。发现237Np、242Pu、243Am 穿透曲线峰后面的部分明显小于峰前面的部分，233U 与其他3种放射性核素的峰形相反，峰后面的部分比峰前面的部分大。曲线形状的不同说明，Pu（Ⅳ）和Am（Ⅲ）优先与膨润土胶体结合，从裂隙解吸下来，而Np（Ⅴ）和U（Ⅵ）则倾向于以非胶体的形式存在。Np穿透曲线的形状可以理解为Np（Ⅴ）部分还原为Np（Ⅳ）而被吸附或沉淀，也可解释为结合在膨润土胶体上的Np（Ⅴ）发生了部分解吸。Hu和Möri[180]利用激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱联用技术，获得了237Np在Grimsel现场花岗岩裂隙中的扩散分布图，发现237Np在流通道和围岩内都有分布。放射性核素的阻滞发生在裂隙填充物和围岩的糜棱岩上。在60天的现场扩散试验中，237Np在花岗岩基质中的最大渗透达到10 mm，说明基质扩散在阻滞放射性核素迁移方面有重要作用。此外，由于糜棱岩较强的吸附性能，锕系元素在糜棱岩中的扩散小于在花岗岩基质中的。