Переплыть пролив нестабильности, или немного о синтезе сверхтяжелых элементов
Иногда недосып включает фантазию. На фестивале науки появилась идея: использовать тритий для повышения доли нейтронов в ядре и устраивать столкновения достаточно часто, чтобы ядра-мишени набирали вес и не успевали распадаться. Звучит дико, требует многих столкновений в секунду, но можно ли справиться с удержанием и теплоотводом в микромасштабе? Несколько последующих соображений и расчетов на эту тему - под катом)
Как известно, чем тяжелее элемент, тем больше должна быть доля нейтронов в его ядре. В "острове стабильности" с атомными номерами где-то от 112 до 126 ядра могут жить достаточно долго, а элементы - обладать весьма интересными свойствами. Но во всех этих изотопах слишком большая доля нейтронов - их нельзя синтезировать прямым однократным слиянием актинидов с легкими стабильными ядрами. Не работает и облучение нейтронами с последующими бета-распадами - даже в самых мощных реакторах потоки неудовлетворительны, менее 1e16 n/(s*m2). Под конец ряда актинидов распад становится решительно быстрее захвата.
Почему тритий?
В тритии нейтронов вполне достаточно. Самого трития тоже намного больше, чем кальция-48, поэтому вопрос "где достать" сразу исключаем из рассмотрения.) Каждое столкновение ядра с тритоном непосредственно увеличивает атомную массу не более, чем на тройку, от урана до СТЭ - десятки шагов, а некоторые промежуточные продукты живут только секунды. Значит, столкновения с каждым ядром должны происходить чаще, а продукты должны оставаться в пучке.
Сфокусированные ионные пучки на много порядков плотнее реакторных потоков нейтронов. Они не могут потягаться с ядерным взрывом, где 1e33 n/(s*m2), зато их параметры можно настраивать и поддерживать сколь угодно долго (а ядерный взрыв ограничен экспозицией 1e27/м2). Попробуем придумать, как их можно приручить.
Общие соображения.
Максимальную энергию тритонов примем равной 15 МэВ - это примерно энергия иона Ca-48 в синтезе СТЭ, деленная на его заряд. Отдача от попадания тритона в тяжелое ядро составит две сотни кэВ - способ удержания продуктов в пучке должен с этим справляться. Столкновения 10 раз в секунду означают мощность тепловыделения не меньше 150 МэВ/c на ядро, не считая остальных источников тепла в зоне синтеза. Умопомрачительная цифра. Если мы хотим использовать соотношение площади поверхности к объему, то размер области синтеза должен быть предельно мал.
Отброшенные варианты.
-Оптически левитируемая крупинка в фокусе пучка. То, о чем мы подумали сначала) Не катит, при температуре 1000 К и размере 1 мкм число атомов внутри - 3e10, а мощность теплового излучения 1e12 Эв/с, получается одно столкновение раз в несколько суток. Частота растет с четвертой степенью температуры и минус первой степенью размера. Но температуру задирать нельзя, некоторые СТЭ летучи. А главное, спалляция быстро разберет крупинку по атомам.
-Оптическая ловушка с мишенью в форме разреженной плазмы или единичных ионов. Скорее всего не катит. 100 кэВ при заряде +100 - глубина потенциала 1 кВ. Мощность 1e15 Вт/м2 для оптики. Намного меньше для микроволн, но все равно нехило. Интересно, что для создания оптической ловушки с заданной глубиной и с размером "в длину волны" требуемая мощность не зависит от последней. Тут она получается не менее 2,5 кВт, а в реальности, наверняка, на порядки больше.
Компактная мишень в твердой подложке.
Нельзя так просто взять и добавить к ядру что-нибудь - оно от этого умчится прочь со свистом. Но внутри металла продукты однократной реакции не улетят даже на микрометр. Доза облучения, при которой каждое ядро получит десятки попаданий, все равно сотрет в пыль любой материал. Но можно использовать технологию, применяемую для лечения опухолей - сходящийся конический пучок, сфокусированный на малом участке внутри мишени. В самом фокусе материал тысячу раз перемелет в фарш подвергнется многократной аморфизации, но почти во всем остальном объеме доза радиации будет на порядки меньше - можно надеяться, что выдержит. Поскольку мишень должна быть сделана из тяжелых материалов, ее размер должен быть мал, чтобы пучок не растерял энергию и направленность по дороге к фокусу.
В малых масштабах теплопроводность намного превосходит излучательный теплоотвод. Из сферической области размером 1 мкм и температурой в 1000 К, с падением температуры на 500 К за первый микрон, он может достигать солидных сотен милливатт по порядку величины - положим его равным 3e12 МэВ/сек. Внутри такой сферы поместится 2-3e10 атомов актинидов, тепловыделение составит 100 МэВ на атом в секунду. Нулевой порядок приближения не обескураживает)
Попробуем представить и прикинуть следующий уровень. Эксперименты для ИТЭР показывают пробег 16 МэВ-протонов в вольфраме 300 мкм, а ионов вольфрама в нем самом - первые десятки нм на 150 кэВ. Наш случай похож всем, кроме трития: вольфрам является отличной мишенью. Сочетание механической прочности, теплопроводности, огнеупорности, устойчивости к трансмутациям и высокой атомной массы у него непревзойденное. Кроме того, из него же можно и синтезировать. От урана до СТЭ ближе, но он сам гораздо хуже переносит такую жару. Если к вольфраму-184 добавить 16 тритонов, получится как раз уран-238, а еще через 22 шага получим флеровий-304 - на шесть нейтронов больше, чем на вершине острова стабильности! Можно запечатывать урановые крупинки в вольфраме, а можно жарить сам вольфрам. Если мы нацеливаемся на преодоление второго пролива нестабильности, то первый - от астата до франция - тоже проскочим (там есть интересные траектории).
Размер пятна фокуса должен быть заметно больше длины пробега атомов матрицы после отдачи, примем его равным 300 нм. Толщину мишени примем равной 100 мкм, чтобы спалляция с обратной стороны прогрызала ее до центра как можно дольше, но брэгговский пик все-таки оказался снаружи. Теперь попробуем максимизировать теплопроводность: получится сфера или цилиндр с выточенными под пучок усеченными конусами так, чтобы в центре осталась "таблетка" высотой 100 мкм и примерно такой же шириной. Туда и жарит пучок, а по внешней поверхности мишень охлаждается водой или какой-нибудь другой жидкостью, если воды не хватит.
Сколько ватт вытерпит такая конструкция?
Я попробовал соорудить уравнения теплопроводности, но слишком забыл матан. Пришлось гуглить формулы. Внешняя часть сводится к задаче теплопроводности через толстую сферу, только телесный угол примем равным 2*pi.
W = 2*pi*k*(delta_T)*r1*r2/(r2-r1)
От внешнего радиуса величина почти не зависит! Значит, его можно делать сколь угодно большим, а о вопросах охлаждения забыть (для водяного, забегая вперед, получается где-то сантиметр или два).
Теплоотвод при фиксированном "дельта-тэ" пропорционален внутреннему радиусу. Но ему же пропорционален размер "таблетки", пробег тритонов в ней, а вместе с пробегом - и тепловыделение (если пролетает насквозь). Поэтому делаем цилиндр максимальной толщины, при которой непрореагировавшая часть пучка вылетает наружу и не тормозится существенно, 100 мкм как и было.
W = 2*pi*150*(1400-400)*2.5e-5*5e-3/(5e-3-2.5e-5) = 50 ватт при внутреннем радиусе 50 мкм и разности температур 1000 градусов. Если что, отмасштабируем.
Внутри самого цилиндра при линейном пучке тепловой режим сводится примерно к трубе с толстыми стенками.
Здесь теплоотвод зависит от ее длины, на что мы уже напоролись, и от логарифма соотношения радиусов, W = 2*pi*k*delta_T*L/ln(r_o/r_i)
r_i = 0.15 мкм, r_0 = 50 мкм. ln(r_o/r_i) = 5.8.
Получается, фокусировка пучка повышает температуру на оси лишь логарифмически. Но поскольку у нас пучок строго конический, на торцевых поверхностях цилиндра он не сфокусирован и температурный максимум на оси сгладится. На всякий случай посчитаем, добавив еще 2000 градусов и уперевшись в температуру плавления вольфрама:
2*pi*150*2000*1e-4/5.8 = 32 Вт, почти как в сфере. Согласование тепловых импедансов даже по порядку величины - хороший признак. На 30 ватт мощности вполне можно надеяться.
В фокусе высотой и диаметром 300 нм выделится 100 мВт из них. На такой же длине потеря энергии тритона по электронам составляет 7.5e3 эВ, а значит, всего их будет 8e13 в секунду (13 микроампер, 200 ватт, 1e27 /(m2*s) - лишь на шесть порядков меньше, чем в ядерном взрыве!) Столкновений с ядрами в той же зоне, при пробеге по ядрам 20 см, и высоте фокуса 300 нм - 1.2e8 в секунду. Объем фокуса составляет до 1e9 атомов - 1 столкновение на атом в 8 с. Маловато, но близко. Нужно больше!
Уменьшая толщину мишени, мы ничего не добиваемся, так как теплоотвод увеличивается пропорционально внутреннему радиусу сферы-теплообменника, но ему же пропорциональна высота "таблетки" и тепловыделение в ней. Однако при большом угле раствора конуса пучка горячих пятен на торцах не будет. Температура там, и в остальной части "таблетки", кроме фокуса, не сильно превысит T на r_i теплообменника, так что в нем самом градиент можно удваивать до 2000 градусов. Мощность и частота столкновений x2, итого 1 столкновение/атом в 4 секунды.
Мощность всерьез ограничивает плавление за пределами фокуса - там, конечно, все будет перемешиваться, плавление увеличивает обрабатываемый объем и снижает эффективную частоту столкновений. В самом фокусе - не страшно, и оно точно будет: актиниды легкоплавки. В сравнении с вольфрамом, все продукты легкоплавкие...кроме элементов от дубния до хассия: этих может не испугать и поверхность Солнца. В стабильной части таблицы ничего подобного не водится.
Уменьшая диаметр фокуса, мы добиваемся квадратичного нарастания плотности потока при тех же условиях по теплу. Если фокусировка пучка и удержание продуктов реакции позволит уменьшить фокус с 300 до 100 нм, частоту столкновений можно поднять еще на порядок. Получится 2,5 в секунду - то, к чему стремились.
С другой стороны, если не задаваться рекордами, а ограничиться обычными тяжелыми актинидами, то число столкновений можно уменьшить, например, до одного в час. И все равно за сутки добраться до конца ряда. Тогда область синтеза можно расширить с 300 нм до 10 мкм - это почти осязаемый масштаб)
Можно ли еще усилить мощность пучка? Только при возможности более эффективного охлаждения, чем со сферическим теплоотводом. Излучательное - в пролете, при любых температурах, уступающих поверхности Солнца. Жидкостное для этого надо подпускать к самому цилиндру - беспощадная геометрия диктует заметное улучшение только тогда, когда внешний радиус станет сопоставимым с внутренним - то есть, с сотней микрон. Возможно, струя расплавленного галлия под давлением в дофигищу атмосфер способна на это (1000 Дж на куб.см на 400 градусов, 100 ватт = 0.1 куб.см./сек, поток десять метров в секунду через сечение 0.01 кв.мм.) С другой стороны, если спалляция с поверхностей входа и выхода пучка окажется незначительной, угол пучка можно уменьшить, цилиндрическую часть мишени - сделать тоньше, а теплоноситель - просто пустить вокруг неё.
Что может пойти не так?
Объем продуктов трансмутации вольфрама больше, чем у него самого. Особенно это касается радона. Область активных превращений будет немногим больше диаметра фокуса, субмикронный пузырь в центре пластины толщиной в сотню микрон. Но в нем будет огромное давление. Вольфраму придется деформироваться. Скорее всего, он все равно удержит, ну а если нет - придется стартовать с урановых крупинок в вольфраме.
Часть трития будет застревать в мишени, и ей придется как-то выходить оттуда - хорошо, если поможет диффузия при высоких температурах.
Столкновения с электронами все же рассеивают тритоны, нарушая фокусировку, но расходимость мала. У пучка будет рассеянное гало и неотклоненное ядро - вероятно, на сотни нанометров все же можно надеяться.
О "мгновенной химии" придется забыть, поскольку продукты еще надо извлечь. Но схема принципиально направлена на достижение острова стабильности (некоторые изотопы дубния живут почти сутки). Поэтому прекращаем эксперимент, испаряем мишень лазерной абляцией, и в масс-спектрометр.
Как еще можно попробовать добраться туда?
В некоторых лабораториях уже думают об использовании радиоактивных пучков. Доля нейтронов в никеле-78 - почти как у трития, и он живет сотню миллисекунд - достаточно, чтобы загнать в пучок после спалляции и направить в мишень. Добавление к урану до 28 протонов и 50 нейтронов позволит проскочить пролив нестабильности одним махом (предел - 120-й элемент, 316-й изотоп). Сложность - в малом темпе производства радиоизотопов и доводке их пучка до нужных параметров, а еще в очень малом сечении слияния. Такая махина либо не долетает до ядра-мишени, либо разбивает его на куски, зазор очень мал. Тритий же действует аккуратнее, как и другие сверхлегкие снаряды)
Где еще может пригодиться?
В медицине - пучок с (суб)микронным фокусом может не поджаривать опухоль целиком, а аккуратно вырезать ее по контуру, при том намного снижая облучение окружающих тканей. Впрочем, такие скальпели, наверное, уже делают)
=====
Короче, схема на грани желаемого, но возможно, и пересекает ее. Кто сделает и попробует? =)
Как известно, чем тяжелее элемент, тем больше должна быть доля нейтронов в его ядре. В "острове стабильности" с атомными номерами где-то от 112 до 126 ядра могут жить достаточно долго, а элементы - обладать весьма интересными свойствами. Но во всех этих изотопах слишком большая доля нейтронов - их нельзя синтезировать прямым однократным слиянием актинидов с легкими стабильными ядрами. Не работает и облучение нейтронами с последующими бета-распадами - даже в самых мощных реакторах потоки неудовлетворительны, менее 1e16 n/(s*m2). Под конец ряда актинидов распад становится решительно быстрее захвата.
Почему тритий?
В тритии нейтронов вполне достаточно. Самого трития тоже намного больше, чем кальция-48, поэтому вопрос "где достать" сразу исключаем из рассмотрения.) Каждое столкновение ядра с тритоном непосредственно увеличивает атомную массу не более, чем на тройку, от урана до СТЭ - десятки шагов, а некоторые промежуточные продукты живут только секунды. Значит, столкновения с каждым ядром должны происходить чаще, а продукты должны оставаться в пучке.
Сфокусированные ионные пучки на много порядков плотнее реакторных потоков нейтронов. Они не могут потягаться с ядерным взрывом, где 1e33 n/(s*m2), зато их параметры можно настраивать и поддерживать сколь угодно долго (а ядерный взрыв ограничен экспозицией 1e27/м2). Попробуем придумать, как их можно приручить.
Общие соображения.
Максимальную энергию тритонов примем равной 15 МэВ - это примерно энергия иона Ca-48 в синтезе СТЭ, деленная на его заряд. Отдача от попадания тритона в тяжелое ядро составит две сотни кэВ - способ удержания продуктов в пучке должен с этим справляться. Столкновения 10 раз в секунду означают мощность тепловыделения не меньше 150 МэВ/c на ядро, не считая остальных источников тепла в зоне синтеза. Умопомрачительная цифра. Если мы хотим использовать соотношение площади поверхности к объему, то размер области синтеза должен быть предельно мал.
Отброшенные варианты.
-Оптически левитируемая крупинка в фокусе пучка. То, о чем мы подумали сначала) Не катит, при температуре 1000 К и размере 1 мкм число атомов внутри - 3e10, а мощность теплового излучения 1e12 Эв/с, получается одно столкновение раз в несколько суток. Частота растет с четвертой степенью температуры и минус первой степенью размера. Но температуру задирать нельзя, некоторые СТЭ летучи. А главное, спалляция быстро разберет крупинку по атомам.
-Оптическая ловушка с мишенью в форме разреженной плазмы или единичных ионов. Скорее всего не катит. 100 кэВ при заряде +100 - глубина потенциала 1 кВ. Мощность 1e15 Вт/м2 для оптики. Намного меньше для микроволн, но все равно нехило. Интересно, что для создания оптической ловушки с заданной глубиной и с размером "в длину волны" требуемая мощность не зависит от последней. Тут она получается не менее 2,5 кВт, а в реальности, наверняка, на порядки больше.
Компактная мишень в твердой подложке.
Нельзя так просто взять и добавить к ядру что-нибудь - оно от этого умчится прочь со свистом. Но внутри металла продукты однократной реакции не улетят даже на микрометр. Доза облучения, при которой каждое ядро получит десятки попаданий, все равно сотрет в пыль любой материал. Но можно использовать технологию, применяемую для лечения опухолей - сходящийся конический пучок, сфокусированный на малом участке внутри мишени. В самом фокусе материал тысячу раз перемелет в фарш подвергнется многократной аморфизации, но почти во всем остальном объеме доза радиации будет на порядки меньше - можно надеяться, что выдержит. Поскольку мишень должна быть сделана из тяжелых материалов, ее размер должен быть мал, чтобы пучок не растерял энергию и направленность по дороге к фокусу.
В малых масштабах теплопроводность намного превосходит излучательный теплоотвод. Из сферической области размером 1 мкм и температурой в 1000 К, с падением температуры на 500 К за первый микрон, он может достигать солидных сотен милливатт по порядку величины - положим его равным 3e12 МэВ/сек. Внутри такой сферы поместится 2-3e10 атомов актинидов, тепловыделение составит 100 МэВ на атом в секунду. Нулевой порядок приближения не обескураживает)
Попробуем представить и прикинуть следующий уровень. Эксперименты для ИТЭР показывают пробег 16 МэВ-протонов в вольфраме 300 мкм, а ионов вольфрама в нем самом - первые десятки нм на 150 кэВ. Наш случай похож всем, кроме трития: вольфрам является отличной мишенью. Сочетание механической прочности, теплопроводности, огнеупорности, устойчивости к трансмутациям и высокой атомной массы у него непревзойденное. Кроме того, из него же можно и синтезировать. От урана до СТЭ ближе, но он сам гораздо хуже переносит такую жару. Если к вольфраму-184 добавить 16 тритонов, получится как раз уран-238, а еще через 22 шага получим флеровий-304 - на шесть нейтронов больше, чем на вершине острова стабильности! Можно запечатывать урановые крупинки в вольфраме, а можно жарить сам вольфрам. Если мы нацеливаемся на преодоление второго пролива нестабильности, то первый - от астата до франция - тоже проскочим (там есть интересные траектории).
Размер пятна фокуса должен быть заметно больше длины пробега атомов матрицы после отдачи, примем его равным 300 нм. Толщину мишени примем равной 100 мкм, чтобы спалляция с обратной стороны прогрызала ее до центра как можно дольше, но брэгговский пик все-таки оказался снаружи. Теперь попробуем максимизировать теплопроводность: получится сфера или цилиндр с выточенными под пучок усеченными конусами так, чтобы в центре осталась "таблетка" высотой 100 мкм и примерно такой же шириной. Туда и жарит пучок, а по внешней поверхности мишень охлаждается водой или какой-нибудь другой жидкостью, если воды не хватит.
Сколько ватт вытерпит такая конструкция?
Я попробовал соорудить уравнения теплопроводности, но слишком забыл матан. Пришлось гуглить формулы. Внешняя часть сводится к задаче теплопроводности через толстую сферу, только телесный угол примем равным 2*pi.
W = 2*pi*k*(delta_T)*r1*r2/(r2-r1)
От внешнего радиуса величина почти не зависит! Значит, его можно делать сколь угодно большим, а о вопросах охлаждения забыть (для водяного, забегая вперед, получается где-то сантиметр или два).
Теплоотвод при фиксированном "дельта-тэ" пропорционален внутреннему радиусу. Но ему же пропорционален размер "таблетки", пробег тритонов в ней, а вместе с пробегом - и тепловыделение (если пролетает насквозь). Поэтому делаем цилиндр максимальной толщины, при которой непрореагировавшая часть пучка вылетает наружу и не тормозится существенно, 100 мкм как и было.
W = 2*pi*150*(1400-400)*2.5e-5*5e-3/(5e-3-2.5e-5) = 50 ватт при внутреннем радиусе 50 мкм и разности температур 1000 градусов. Если что, отмасштабируем.
Внутри самого цилиндра при линейном пучке тепловой режим сводится примерно к трубе с толстыми стенками.
Здесь теплоотвод зависит от ее длины, на что мы уже напоролись, и от логарифма соотношения радиусов, W = 2*pi*k*delta_T*L/ln(r_o/r_i)
r_i = 0.15 мкм, r_0 = 50 мкм. ln(r_o/r_i) = 5.8.
Получается, фокусировка пучка повышает температуру на оси лишь логарифмически. Но поскольку у нас пучок строго конический, на торцевых поверхностях цилиндра он не сфокусирован и температурный максимум на оси сгладится. На всякий случай посчитаем, добавив еще 2000 градусов и уперевшись в температуру плавления вольфрама:
2*pi*150*2000*1e-4/5.8 = 32 Вт, почти как в сфере. Согласование тепловых импедансов даже по порядку величины - хороший признак. На 30 ватт мощности вполне можно надеяться.
В фокусе высотой и диаметром 300 нм выделится 100 мВт из них. На такой же длине потеря энергии тритона по электронам составляет 7.5e3 эВ, а значит, всего их будет 8e13 в секунду (13 микроампер, 200 ватт, 1e27 /(m2*s) - лишь на шесть порядков меньше, чем в ядерном взрыве!) Столкновений с ядрами в той же зоне, при пробеге по ядрам 20 см, и высоте фокуса 300 нм - 1.2e8 в секунду. Объем фокуса составляет до 1e9 атомов - 1 столкновение на атом в 8 с. Маловато, но близко. Нужно больше!
Уменьшая толщину мишени, мы ничего не добиваемся, так как теплоотвод увеличивается пропорционально внутреннему радиусу сферы-теплообменника, но ему же пропорциональна высота "таблетки" и тепловыделение в ней. Однако при большом угле раствора конуса пучка горячих пятен на торцах не будет. Температура там, и в остальной части "таблетки", кроме фокуса, не сильно превысит T на r_i теплообменника, так что в нем самом градиент можно удваивать до 2000 градусов. Мощность и частота столкновений x2, итого 1 столкновение/атом в 4 секунды.
Мощность всерьез ограничивает плавление за пределами фокуса - там, конечно, все будет перемешиваться, плавление увеличивает обрабатываемый объем и снижает эффективную частоту столкновений. В самом фокусе - не страшно, и оно точно будет: актиниды легкоплавки. В сравнении с вольфрамом, все продукты легкоплавкие...кроме элементов от дубния до хассия: этих может не испугать и поверхность Солнца. В стабильной части таблицы ничего подобного не водится.
Уменьшая диаметр фокуса, мы добиваемся квадратичного нарастания плотности потока при тех же условиях по теплу. Если фокусировка пучка и удержание продуктов реакции позволит уменьшить фокус с 300 до 100 нм, частоту столкновений можно поднять еще на порядок. Получится 2,5 в секунду - то, к чему стремились.
С другой стороны, если не задаваться рекордами, а ограничиться обычными тяжелыми актинидами, то число столкновений можно уменьшить, например, до одного в час. И все равно за сутки добраться до конца ряда. Тогда область синтеза можно расширить с 300 нм до 10 мкм - это почти осязаемый масштаб)
Можно ли еще усилить мощность пучка? Только при возможности более эффективного охлаждения, чем со сферическим теплоотводом. Излучательное - в пролете, при любых температурах, уступающих поверхности Солнца. Жидкостное для этого надо подпускать к самому цилиндру - беспощадная геометрия диктует заметное улучшение только тогда, когда внешний радиус станет сопоставимым с внутренним - то есть, с сотней микрон. Возможно, струя расплавленного галлия под давлением в дофигищу атмосфер способна на это (1000 Дж на куб.см на 400 градусов, 100 ватт = 0.1 куб.см./сек, поток десять метров в секунду через сечение 0.01 кв.мм.) С другой стороны, если спалляция с поверхностей входа и выхода пучка окажется незначительной, угол пучка можно уменьшить, цилиндрическую часть мишени - сделать тоньше, а теплоноситель - просто пустить вокруг неё.
Что может пойти не так?
Объем продуктов трансмутации вольфрама больше, чем у него самого. Особенно это касается радона. Область активных превращений будет немногим больше диаметра фокуса, субмикронный пузырь в центре пластины толщиной в сотню микрон. Но в нем будет огромное давление. Вольфраму придется деформироваться. Скорее всего, он все равно удержит, ну а если нет - придется стартовать с урановых крупинок в вольфраме.
Часть трития будет застревать в мишени, и ей придется как-то выходить оттуда - хорошо, если поможет диффузия при высоких температурах.
Столкновения с электронами все же рассеивают тритоны, нарушая фокусировку, но расходимость мала. У пучка будет рассеянное гало и неотклоненное ядро - вероятно, на сотни нанометров все же можно надеяться.
О "мгновенной химии" придется забыть, поскольку продукты еще надо извлечь. Но схема принципиально направлена на достижение острова стабильности (некоторые изотопы дубния живут почти сутки). Поэтому прекращаем эксперимент, испаряем мишень лазерной абляцией, и в масс-спектрометр.
Как еще можно попробовать добраться туда?
В некоторых лабораториях уже думают об использовании радиоактивных пучков. Доля нейтронов в никеле-78 - почти как у трития, и он живет сотню миллисекунд - достаточно, чтобы загнать в пучок после спалляции и направить в мишень. Добавление к урану до 28 протонов и 50 нейтронов позволит проскочить пролив нестабильности одним махом (предел - 120-й элемент, 316-й изотоп). Сложность - в малом темпе производства радиоизотопов и доводке их пучка до нужных параметров, а еще в очень малом сечении слияния. Такая махина либо не долетает до ядра-мишени, либо разбивает его на куски, зазор очень мал. Тритий же действует аккуратнее, как и другие сверхлегкие снаряды)
Где еще может пригодиться?
В медицине - пучок с (суб)микронным фокусом может не поджаривать опухоль целиком, а аккуратно вырезать ее по контуру, при том намного снижая облучение окружающих тканей. Впрочем, такие скальпели, наверное, уже делают)
=====
Короче, схема на грани желаемого, но возможно, и пересекает ее. Кто сделает и попробует? =)