含鉬緊固件為大型強子對撞機護航

大型強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC），世界上最大的粒子加速器，使用了超過25萬個高強度、特種316L不銹鋼緊固件。這些含鉬緊固件使得粒子可以自由粉碎，而不會受到磁干擾，為粒子物理學研究以及宇宙奧秘探索做出重要貢獻。

大型強子對撞機是粒子物理科學家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的“新物理”機制設備，是一種將質子加速對撞的高能物理設備，是現在世界上最大、能量最高的粒子加速器，由27公里長的超導磁體環組成。坐落於日內瓦附近瑞士和法國的交界侏羅山地下100米深，總長17英里（含環形隧道）的隧道內。

大型強子對撞機於2008年9月初次啟動測試，2018年底開始對加速器進行維護升級，預計將在2021年恢復運行。除了系統的維護外，研究人員希望通過此次升級使得對撞機每秒碰撞次數能夠加倍提高，以便收集更多實驗資料。升級項目包括更換用來固定加速器真空管的緊固件，因為需要使用含鉬材料製成的連接件來確保實驗的順利進行。

大型強子對撞機運作時，在其內部由超導磁體驅動的兩束粒子束以接近光速的速度彼此撞擊。碰撞之前，粒子束在保持超高真空的兩個單獨的粒子束管中反向傳播。液氦將超導磁體冷卻到低於外太空的溫度：-271.3攝氏度。而在維護之前，工作人員就必須將加速器加熱到室溫方可操作。據瞭解，僅加速器加熱到室溫就需要花費大約四個月的時間，清除超過100噸的液氦。因此，使用可以適應極端條件，且壽命長的高強度部件，例如鉬合金化材料的緊固件，是極其必要的。緊固件的強度意味著它們可以輕鬆承受升級後粒子束的強度。

大型強子對撞機升級中使用的緊固件有特殊要求，與標準316L不銹鋼緊固件相比，要求強度更高且磁導率更低。最低抗拉強度需達1000 MPa（相關ISO標準規定的最高抗拉強度為800 MPa），屈服強度至少為900 MPa（現有標準規定一般為600 MPa），緊固件必須是非磁性的，以避免在加速過程中擾亂粒子的運動。為了滿足緊固件的這些性能要求，其生產商瑞典Bumax規定了較高的鉬含量：2.5％-3％（通常316L的鉬含量為2％-2.5％）。

較高的鉬含量除了可以降低不銹鋼的磁導率以外，還可以提高緊固件的強度。由奧氏體不銹鋼製成的緊固件必須進行冷加工，以達到承受對撞機極致的溫度和力量等工作條件所需的抗拉強度。但是，在這種冷加工強化的過程中，316L不銹鋼的一部分非磁性奧氏體金相組織會轉變為有磁性的形變馬氏體組織。這些微小的缺陷可能會干擾超導磁體之間的粒子流，從而阻礙加速器的功能。較高的鉬含量有助於防止這種馬氏體轉變。

此外，防止馬氏體轉變對於對撞機本身的結構也十分重要，因此，大型強子對撞機27.4公里長、容納粒子束的真空管是由316LN不銹鋼製成。它是316不銹鋼的衍生牌號，較高的氮含量使材料具有更高的強度並防止馬氏體形成，使得對撞機可以正常運行。

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