محاسبه‌ی سطح مقطع و بازده تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کدهای هسته‌ای GEANT4 و TALYS

Abstract

پیش‌زمینه و هدف: PET یک روش تصویربرداری بسیار مفید و مناسب در پزشکی هسته­ای می­باشد. در این روش از پوزیترون­های با انرژی خاص برای تصویربرداری استفاده می­شود. عناصر موجود در گروه لانتانیدها برای واپاشی پوزیترون­های با انرژی مشخص برای استفاده در PET مناسب هستند. پراسئودیمیوم‌139 با نیمه­ی عمر 5/4 ساعت، یکی از عناصر مفید گروه لانتانیدها است که در PET قابل‌استفاده می­باشد. در این مطالعه واکنش 140Ce(p,2n)139Pr برای تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 ، توسط کد TALYS با چهار مدل متفاوت و همچنین توسط کد مونت‌کارلوی GEANT4 شبیه­سازی شد. هدف از این شبیه‌سازی، محاسبه­ی سطح مقطع واکنش و بهره­ی تولید پراسئودیمیوم-139 در هدف سریوم-140 پرتودهی شده با پروتون می­باشد. مواد و روش کار: مقادیر سطح مقطع و بهره­ی تولید پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کدهای TALYS و GEANT4 محاسبه و تغییرات برد پرتابه پروتون در هدف سریوم-140 با استفاده از کدهای SRIM و GEANT4 شبیه­سازی شد. یافته­ها: تغییرات برد پروتون با استفاده از کدهای SRIM و GEANT4 در هدف سریوم-140 به ازای انرژی­های مختلف پروتون­های فرودی نشان داده شده است. برد پروتون در سریوم-140 در انرژی MeV5/22 به ترتیب 1610 و 5/1637 میکرومتر محاسبه شد. سپس مقادیر سطح مقطع شبیه‌سازی‌شده با استفاده از کدهای TALYS و GEANT4 به ازای انرژی­های مختلف پروتون­های فرودی با داده­های تجربی مقایسه شده­اند. در انرژی MeV5/22، سطح مقطع پراسئودیمیوم-139 در واکنش 140Ce(p,2n)139Pr بیشترین مقدار را دارد. مقادیر سطح مقطع به‌دست‌آمده در این انرژی با استفاده از این دو کد به ترتیب 7/1150 و 4/1350 میلی بارن است. مقدار بهره­ی تولید در ضخامت ضخیم از هدف سریوم-140 به ازای انرژی­های مختلف پروتون محاسبه شد. همچنین مقدار بهره­ی تولید در انرژی MeV22 با استفاده از این کدها به ترتیب 1/1832 وMBqµA-1h-1 83/1782 محاسبه شد. بحث و نتیجه­گیری: مقایسه­ی نتایج حاصل از شبیه­سازی برای تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کد TALYS و روش مونت‌کارلوی GEANT4 و SRIM نشان می­دهد که توافق خوبی با داده­های تجربی دارند. همچنین می­توان بدون صرف وقت و هزینه­ی زیاد و مواد آزمایشگاهی و قبل از تولید رادیودارو، واکنش موردنظر را با استفاده از این کدها شبیه­سازی نمود و مقادیر بهره­ی تولید و بازه مناسب انرژی را برای تولید رادیودارو پیش‌بینی کرد.