6.3.8　钚真胶体的移动能力

由于人们对Pu（Ⅳ）聚合物研究的不足，近来对其移动能力的评论也提出了不同的观点。一种观点认为聚合物有移动能力[43，44]，甚至将内华达核试验场地下水中钚的大尺度迁移归为该聚合物移动的结果[45]。另一种观点则认为聚合物没有移动能力，因为聚合物可能有吸附到花岗岩表面的特性以及聚合物可能发生还原性溶解[48，49]。不管哪种观点均没有实验数据的支撑，因此开展聚合物的环境稳定性和移动能力的研究是非常必要的。

钚（Ⅳ）聚合物的常温老化时间会影响钚在花岗岩介质孔隙中传输时的穿透曲线形状（图6-39）。进一步分析，谢金川等发现钚的迁移量（即钚的回收率，RPu）随老化时间的增长而降低，RPu的降低与注入溶液中的钚（Ⅳ）聚合物的含量P＞1.5nm有关，且RPu和P＞1.5nm呈良好的线性关系。因此，聚合态钚（Ⅳ）而不是水溶性钚（Ⅴ）aq控制着钚在花岗岩介质孔隙中移动时的迁移量，尽管注入柱体前老化溶液中钚（Ⅴ）aq有相对高的含量[如135天时约为65%Pu（Ⅴ）aq，图6-39]。流出液中聚合态钚的百分数约为98.5%，远大于1.5%左右的钚（Ⅴ）aq，支持聚合态钚（Ⅳ）的移动控制作用。很多研究认为，钚（Ⅳ）aq在矿物质表面发生强的配位吸附（≡X—OH，X==Al、Fe、Mn），且伴随缓慢还原反应，而钚（Ⅴ）aq在矿物质表面仅有弱吸附[125，126]。然而，谢金川等并没有观察到钚（Ⅴ）aq的弱吸附现象。带正电荷的Pu（Ⅴ）O2+与负电性花岗岩壁面间的静电吸引可能对钚（Ⅴ）aq的滞留起重要作用。

图6-39　常温老化的钚（Ⅳ）聚合物和氚水在饱和花岗岩介质孔隙中的穿透曲线（a）；聚合态钚（Ⅳ）的含量（P＞1.5nm）和钚的迁移量（RPu）与老化时间的关系（b）；钚和氚水的相对移动速度UPu/UT与聚合物相对尺度P＞450nm/P＞1.5nm的关系（c）[8]

实验条件为：钚（Ⅳ）聚合物溶液p H=8.0，聚四氟乙烯瓶中老化；柱体中装填的0.7～1.0 mm 的花岗岩介质经18.2 MΩ 的纯水反复清洗，确保去除表面附着的胶态颗粒，烘干后使用

老化过程中钚（Ⅳ）聚合物的尺度发生变化，相对移动速度UPu/UT也随之改变。并且，静电吸引使钚Pu（Ⅴ）O2+分布在孔隙通道的壁面附近，降低了钚的移动速度。考虑这两方面的因素，谢金川等根据钚和氚水的收集百分数的大小计算了UPu/UT值：当VT（Cp=50%）＞VPu（Cp=50%）时，由式（6-8）计算UPu/UT；当VT（Cp=50%）＜VPu（Cp=50%）时，由式（6-9）计算UPu/UT。如图6-40所示，相对移动速度UPu/UT随老化时间的增长而减小，UPu/UT与P＞450nm/P＞1.5nm呈单调关系。由此，UPu/UT的减小与聚合物尺度（P＞450nm/P＞1.5nm）不断收缩有关，大尺度聚合物（＞450 nm）控制着钚的移动速度。小尺度聚合物（＜450 nm）的高弥散性质导致其有相对长的传输路径，即表现出相对慢的移动速度。老化时间为135天时，钚的移动速度比氚水慢（UPu/UT＜1）是钚Pu（Ⅴ）与负电性孔隙通道间的静电作用所致。

经95℃老化的钚（Ⅳ）聚合物在花岗岩介质孔隙中的移动特性与常温老化的钚（Ⅳ）聚合物的移动特性相似（图6-40）。随着钚（Ⅳ）聚合物（P＞1.5nm）的减少，钚在花岗岩介质中的迁移量（RPu）也相应降低。RPu和P＞1.5nm呈指数关系，再次证实聚合态钚（Ⅳ）而不是钚（Ⅴ）aq控制钚在花岗岩介质孔隙中的移动能力。钚（Ⅳ）聚合物的相对移动速度UPu/UT也随聚合物尺度（P＞450nm/P＞1.5nm）的减小而降低，两者的依赖关系如图6-40所示。根据以上实验结果，钚（Ⅳ）聚合物有强的移动能力，其移动过程的迁移量由较小尺度的聚合物（＜450 nm）控制，而移动速度由较大尺度的聚合物（＞450 nm）控制。

图6-40　95 ℃水浴老化的钚（Ⅳ）聚合物和氚水在饱和花岗岩介质孔隙中的穿透曲线（a），聚合态钚（Ⅳ）的含量（P＞1.5nm）和钚的迁移量（RPu）与老化时间的关系（b），钚和氚水的相对移动速度UPu/UT与聚合物相对尺度P＞450nm/P＞1.5nm的关系（c）[8]