9.2MeV质子束流下197Au(p,n)197Hgm反应截面的测量.pdf
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1、197Hgm是一种治疗性放射性核素,在疾病的诊断和肿瘤治疗等方面具有良好的前景,目前广泛应用于造影剂。可通过 的质子俘获反应产生,(,)反应截面的高精度测量对于改善医用放射性核素诊治的安全性、有效性和科学性具有重要意义。本实验基于中国原子能科学研究院 串列加速器,利用活化法对 质子束流下 (,)反应截面进行了高精度的测量。辐照过程中使用精度为 的皮安表对束流进行了实时精确记录,水循环冷却系统控制靶的温度;离线过程中在低本底屏蔽室中用 探测器对辐照靶的剩余放射性进行探测。在数据获取系统()中加入时间标签等功能精确提取全能峰净计数,结合 模拟提取探测器的绝对效率曲线,最终提取了 能量下的反应截面为
2、 ()。新数据与早期部分实验数据及 预测值在重叠能量点处是一致的。本工作使用新型束流测量系统与分析方法为 (,)这一重要数据提供了独立的交叉检验,为放射性核素 的精准医疗奠定了基础。关键词:反应截面;活化法;医用放射性核素中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:中核集团“青年英才”项目;国家重点研发计划();国家自然科学基金(,);国家财政部稳定支持基础科研项目(,)通信作者:贺创业,刘伏龙:(,),(,;,;,):,(,),(,),(),()(,),:;放射性核素在核医学中有着广泛的应用,相应的辐射可用于肿瘤的诊断和治疗。在肿瘤的诊断上,通常应用能发射能量为几百
3、 伽马射线的同位素(如、);在治疗方面,则利用能发射或粒子的放射性核素(如、和 )在肿瘤或转移瘤中实现大剂量沉积。是核医学中常规使用的治疗性放射性核素。研究发现,放射性汞也具有允许诊断和治疗应用的特性,且 的径向剂量分布与 的剂量分布相当,是一种很有前景的治疗性放射性核素。年,被应用于临床诊断。具有合适的发射光谱,高能转换电子(、和 )和俄歇电子()有望用于小肿瘤和转移瘤的治疗。除其治疗潜力外,衰变时发射的特征伽马射线,可用于单光子发射计算机断层扫描()。在研究初期,放射性汞通过反应堆中子生产,具有较低的比活度,所以需大量汞用于成像,这会产生神经毒性副作用,。(,)是产生 的路径之一,使用回旋
4、加速器产生 ,可实现高的比活度而没有任何神经或化学毒性作用,用该方法获取放射性汞可规避风险。综上所述,(,)反应产生的 对于治疗和诊断的应用非常有吸引力。放射性核衰变数据在应用于治疗的放射性核素的选择方面有重要意义,利用这一数据能在生产过程中实现所需放射性核素的最大产额和最低杂质水平,因此核反应数据对于优化生产过程具有重要意义,有利于改善医用放射性核素诊治的安全性、有效性和科学性。由于放射性核素是使用反应堆和加速器生产的,因此准确了解相关带电粒子诱发反应及中子反应截面数据至关重要。早在 年,等分别提取了 (,)和 (,)的截面数据,通过对两者之间的截面比分析核能级密度的自旋依赖性。年,等在对
5、质 子 束 监 测 的 应 用 研 究 中 提 取 了 (,)的截 面数据。等和 等通过活化法提取了 (,)的激发函数曲线。为可靠可控地生产原子能科学技术第 卷用于 医 学 成 像 和 治 疗 的 ,和 在 年 利用 活 化 法 对 (,)激发函数进行了全新测量。虽然众多科学家对这一方面进行了研究,但目前已有的部分实验数据不具有一致性,存在争议。通常质子俘获反应截面的测量方法主要有在束伽马测量和活化离线测量两种方法。对于该反应,产物核的半衰期为 ,适用于活化离线测量对其进行研究,即先将实验靶经过一段时间辐照,然后采用高分辨 探测器测量其衰变的特征伽马射线,并根据半衰期及分支比回推反应产额。活化
6、分析法中,加速器束流的稳定性可能是影响最终实验数据的一重要原因,通常加速器的束流并不是恒定在某一确定值,而是在一定的范围波动,目前的活化法测量中均使用平均加速器束流进行反应截面的计算可能会使反应截面的测量值不够精确。为更可靠的产生 ,本文对 (,)的反应截面进行高精度的测量并验证束流的变化对反应截面测量结果准确性的影响,采用全新的束流测量系统和分析方法对该实验进行重新测量。实验 的质子俘获反应实验是基于中国原子能科学研究院 串列加速器开展的,首先在加速器上辐照 靶,然后利用低本底 高纯锗探测器进行活化后的测量。在整个辐照过程中,串列加速器上产生的质子束流能量为 ,束流强度约。该能 量 的 质
7、子 束 对 应 的 质 心 系 能 量 为 ,是通过考虑质子在靶中的能量损失计算的,即 (),其中,和为靶核和入射粒子的质量,为入射束流能量,基于 中的内置物理计算器 计算得到。为满足实验要求,设计了具有法拉第筒功能的真空靶室用于束流的在线收集,靶室示意图如图所示。真空靶室与束流管道绝缘,且带有 准直器。孔准直器到靶表面的距离为 。由于在束过程中,质子束流轰击靶会产生二次反冲电子,逃出法拉第筒的电子会导致束流增加,因此加 的电压抑制二次电子。在束过程中,靶室上方加有水冷却系统,以保持靶室的温度,防止靶表面的变形。用 静电计对束流进行实时监测记录,频率为。图靶室示意图 束流监控的一个重要问题是束
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