含钼紧固件为大型强子对撞机护航

大型强子对撞机（Large Hadron Collider, LHC），世界上最大的粒子加速器，使用了超过25万个高强度、特种316L不锈钢紧固件。这些含钼紧固件使得粒子可以自由粉碎，而不会受到磁干扰，为粒子物理学研究以及宇宙奥秘探索做出重要贡献。

大型强子对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子，和微观量化粒子的“新物理”机制设备，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，由27公里长的超导磁体环组成。坐落于日内瓦附近瑞士和法国的交界侏罗山地下100米深，总长17英里（含环形隧道）的隧道内。

大型强子对撞机于2008年9月初次启动测试，2018年底开始对加速器进行维护升级，预计将在2021年恢复运行。除了系统的维护外，研究人员希望通过此次升级使得对撞机每秒碰撞次数能够加倍提高，以便收集更多实验数据。升级项目包括更换用来固定加速器真空管的紧固件，因为需要使用含钼材料制成的连接件来确保实验的顺利进行。

大型强子对撞机运作时，在其内部由超导磁体驱动的两束粒子束以接近光速的速度彼此撞击。碰撞之前，粒子束在保持超高真空的两个单独的粒子束管中反向传播。液氦将超导磁体冷却到低于外太空的温度：-271.3摄氏度。而在维护之前，工作人员就必须将加速器加热到室温方可操作。据了解，仅加速器加热到室温就需要花费大约四个月的时间，清除超过100吨的液氦。因此，使用可以适应极端条件，且寿命长的高强度部件，例如钼合金化材料的紧固件，是极其必要的。紧固件的强度意味着它们可以轻松承受升级后粒子束的强度。

大型强子对撞机升级中使用的紧固件有特殊要求，与标准316L不锈钢紧固件相比，要求强度更高且磁导率更低。最低抗拉强度需达1000 MPa（相关ISO标准规定的最高抗拉强度为800 MPa），屈服强度至少为900 MPa（现有标准规定一般为600 MPa），紧固件必须是非磁性的，以避免在加速过程中扰乱粒子的运动。为了满足紧固件的这些性能要求，其生产商瑞典Bumax规定了较高的钼含量：2.5％-3％（通常316L的钼含量为2％-2.5％）。

较高的钼含量除了可以降低不锈钢的磁导率以外，还可以提高紧固件的强度。由奥氏体不锈钢制成的紧固件必须进行冷加工，以达到承受对撞机极致的温度和力量等工作条件所需的抗拉强度。但是，在这种冷加工强化的过程中，316L不锈钢的一部分非磁性奥氏体金相组织会转变为有磁性的形变马氏体组织。这些微小的缺陷可能会干扰超导磁体之间的粒子流，从而阻碍加速器的功能。较高的钼含量有助于防止这种马氏体转变。

此外，防止马氏体转变对于对撞机本身的结构也十分重要，因此，大型强子对撞机27.4公里长、容纳粒子束的真空管是由316LN不锈钢制成。它是316不锈钢的衍生牌号，较高的氮含量使材料具有更高的强度并防止马氏体形成，使得对撞机可以正常运行。

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