[논문 리뷰] Proton-induced cross sections relevant to production of 225Ac and 223Ra in natural thorium targets below 200 MeV

John W. Weidner, S. G. Mashnik외 14명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 15.

Radiopharmaceutical Chemistry and Applications참고 문헌 19인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 200 MeV 이하에서 자연 우라늄 타겟에서 프로톤 유도 반응으로 225Ac와 223Ra를 생성하는 단면적을 측정하여, 가속기 기반의 이러한 동위원소 생산이 실현 가능하다는 것을 입증한다. 실험 데이터는 이론과 양호한 일치를 보이며, 90 MeV 이상에서 완전한 활성화 함수를 제공하여 저에너지 프로톤 비임을 이용한 의료용 동위원소 생산의 가능성을 확인한다.

ABSTRACT

Cross sections for 223,225Ra, 225Ac and 227Th production by the proton bombardment of natural thorium targets were measured at proton energies below 200 MeV. Our measurements are in good agreement with previously published data and offer a complete excitation function for 223,225Ra in the energy range above 90 MeV. Comparison of theoretical predictions with the experimental data shows reasonable-to-good agreement. Results indicate that accelerator-based production of 225Ac and 223Ra below 200 MeV is a viable production method.

연구 동기 및 목표

• 200 MeV 이하의 에너지에서 자연 탈륨 타겟에서 프로톤 유도 반응으로 225Ac와 223Ra를 생성하는 단면적을 측정하기 위해.
• 기존 데이터의 부족을 메우기 위해 90 MeV 이상에서 223Ra에 대한 완전한 활성화 함수를 제공하기 위해.
• 실험 측정값과의 비교를 통해 이론 모델을 검증하기 위해.
• 의료 응용을 위한 225Ac와 223Ra의 가속기 기반 생산의 실현 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 90에서 200 MeV의 에너지 범위에서 프로톤 비임을 이용해 자연 탈륨 금속 타겟을 조사하기 위해.
• 고해상도 감마선 스펙트로미터리를 사용한 활성화 분석을 통해 생성된 방사성 동위원소를 식별하고 정량하기 위해.
• 감마선 활성도 및 붕괴 분석을 통해 223Ra, 225Ra, 225Ac, 227Th의 단면적을 측정하기 위해.
• 실험적 단면적과 EMPIRE-II.1 및 TALYS 코드에서 도출된 이론적 예측값을 비교하기 위해.
• 측정 오차를 평가하기 위해 표준 불확도 전파 기법을 사용하기 위해.
• 측정된 에너지 범위에서 223Ra 및 225Ra에 대한 연속적인 활성화 함수를 유도하기 위해 데이터 피팅을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 MeV 이하에서 자연 탈륨 타겟에서 프로톤 유도 반응으로 225Ac와 223Ra를 생성하는 단면적은 무엇인가?
• RQ2 실험적 단면적은 핵 반응 모델의 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 90 MeV 이상에서 223Ra 및 225Ra에 대해 측정 가능하고 일관된 활성화 함수가 존재하는가?
• RQ4 225Ac와 223Ra의 가속기 기반 생산은 원자로 기반 방법에 대한 실현 가능한 대안으로 간주될 수 있는가?
• RQ5 측정된 단면적과 이전에 발표된 데이터 간의 일치 정도는 어떠한가?

주요 결과

• 겹치는 에너지 범위에서 이전에 발표된 실험 데이터와 비교해 볼 때, 223Ra 및 225Ra의 측정된 단면적은 양호한 일치를 보였다.
• 90 MeV 이상에서 223Ra 및 225Ra에 대한 완전한 활성화 함수가 확립되었으며, 데이터 포인트는 90–200 MeV 범위를 커버하였다.
• EMPIRE-II.1 및 TALYS 모델의 이론적 예측은 실험 데이터와 합리적에서 양호한 일치를 보였으며, 특히 100 MeV 이상에서 뚜렷한 일치를 보였다.
• 225Ac 생성에 대한 단면적은 측정되었으며, 프로톤 유도 반응에서 기대되는 추세와 일치하는 것으로 나타났다.
• 이 연구는 200 MeV 이하의 프로톤 조사로 자연 탈륨을 이용한 225Ac 및 223Ra 생산이 실현 가능하다는 것을 확인하였다.
• 결과는 저에너지 가속기를 이용한 이러한 의료적으로 중요한 악티니다 동위원소의 표적 생산을 지지한다.