طراحی هدف و امکان‌سنجی تولید I123 از طریق واکنش I123 (Xe (p, x124

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده ی علوم پایه، دانشگاه زنجان، صندوق پستی: 38791-45371، زنجان ـ ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده ی علوم، دانشگاه بین المللی امام خمینی، صندوق پستی: 5599-34149، قزوین ـ ایران

3 پژوهشکده ی کشاورزی هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 498-31485، کرج ـ ایران

چکیده

 ید I123 با نیم-‌ عمر 2/13 ساعت در مطالعه‌های پزشکی هسته‌ای تشخیصی با استفاده از روش مقطع‌نگاری کامپیوتری تک فوتونی از اهمیت فراوانی برخوردار است. در حال حاضر، I123 اغلب از بمباران پروتونی گاز Xe124 غنی شده و پس از طی زنجیره‌ی واپاشی I123Xe123Cs123 تولید می‌شود. دست‌یابی به I123 با خلوص و فعالیت بالا مستلزم مشخصه‌یابی و بهینه‌سازی شرایط تولید از جمله هندسه‌ی محفظه‌ی گازی هدف و بازه‌ی مناسب انرژی ذره‌ی تابشی است. در این راستا، تابع‌های تحریک واکنش‌های Cs123 (n2 Xe(p, 124، Xe123Xe(p, pn)124 و I123(p2 Xe(p, 124 با استفاده از پنج مدل هسته‌ای مختلف محاسبه و با نتایج تجربی دیگران مقایسه شد. از روی تابع‌های تحریک به دست آمده، بازه‌ی انرژی مناسب تولید انتخاب شد. از ترابرد پرتوهای فرودی در داخل هدف که با استفاده از روش مونت‌کارلو و دو کد محاسباتی SRIM و MCNPX انجام شد، توزیع این پروتون‌ها در درون گاز هدف به دست آمده و هدف به شکل مخروط ناقص طراحی شد. در ادامه، با استفاده از کد MCNPX بهره‌ی تولید I123 تخمین زده شد. مقایسه‌ی نتایج شبیه‌سازی شده با نتایج نظری و تجربی دیگران توافق خوبی را نشان داد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Target design and feasibility study of the production of 123I radioisotope via 124Xe(p, x)123I reaction

نویسندگان [English]

  • Mohammad Eslami 1
  • Tayeb Kakavand 2
  • Mohammad Mirzaei 3
چکیده [English]

The radioisotope of 123I (13.2 h) is widely used in nuclear medicine diagnosis studies using single photon emission computed tomography (SPECT). At present, it is mostly produced by proton irradiation of highly enriched 124Xe in a gas target and based on the decay chain of 123Cs123Xe123I. Achievement of high purity and high activity of 123I requires the characterization and the optimization of production conditions such as geometry of gas chamber and optimum range of the projectile particle energy. In this research work, for achieving the maximum purity and high activity, the excitation functions of 124Xe(p, 2n)123Cs, 124Xe(p, pn)123Xe and 124Xe (p, 2p)123I reactions were calculated using five different nuclear models. The theoretical results were compared with the experimental obsetvations. By using the excitation functions, the optimum range of the production was selected. The Monte Carlo method indicated the beam transport situation in the target body and energy distribution of protons in the gas. For this purpose the calculations were carried out by using MCNPX and SRIM codes. Then, the target geometry was designed as a Frustum-shaped. Finally, by means of the MCNPX code, the 123I production yield was estimated. Good agreement between the simulated results and the theoretical yields, as well as the experimental yields was observed.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • 123I
  • 124Xe gas
  • Target design
  • MCNPX Code

[1] Table de Radionucleides, (2004), <http://www.nucleide.org/DDEP_WG/Nuclides/I-123_tables.pdf>.

[2] F. Tarkanyi, S.M. Qaim, G. Stocklin, M. Sajjad, R.M. Lambrecht, H. Schweikert, Excitation functions of (p, 2n) and (p, pn) reactions and differential and Integral yields of 123I in proton induced reactions on highly enriched 124Xe, Appl. Radiat. Isot, 42 (1991) 221-228.

[3] A. Hermanne, F. Tarkanyi, S. Takacs, R. Adam Rebeles, A. Ignatyuk, S. Spellerberg, R. Schweikert, Limitation of the long-lived 121Te contaminant in production of 123I through the 124Xe(p, x) route, Appl. Radiat. Isot, 69 (2011) 358–368.

[4] L.M. Firouzbakht, R.R. Teng, D.J. Schlyer, A.P. Wolf, Production of iodine-123 from xenon-124 at energies between 15 and 34 MeV, Radiochim. Acta, 41 (1987) 1-4.

[5] L.M. Firouzbakht, R.R. Teng, D.J. Schlyer, A.P. Wolf, Production of high purity iodine-123 from xenon-124: cross sections and yields, Radiochim. Acta, 56 (1992) 167–171.

[6] N.V. Kurenkov, A.B. Malinin, A.A. Sebyakin, N.I. Venikov, Excitaion functions of proton induced nuclear reactions on 124Xe: production of 123I, J. Radioanal. Nucl. Chem. Lett, 135 (1989) 39-50.

[7] N.A. Konyahin, V.N. Mironov, N.N. Krasnov, P.P. Dmitriev, V.P. Lapin, M.V. Paparin, Yield of 123I from proton bombardment of 124Xe over the energy range 16–21, 5 MeV, At. Energ, 67 (1989) 129-130.

[8] L.C.A. Sumiya, V. Sciani, Evaluation of irradiation parameters of enriched 124Xe target for 123I production in cyclotrons, Appl. Radiat. Isot, 66 (2008) 1337–1340.

[9] Monte Carlo Team, MCNP5/MCNPX-exe Package, Monte Carlo N-Particle extended, Los Alamos National Laboratory report (2008), <http://mcnpx.lanl.gov/>.

[10] J.F. Ziegler, M.D. Ziegler, J.P. Biersack, SRIM-the stopping and range of ions in matter, Nucl Instrum Methods B, 268 (2010) 1818-1823.

[11] A.J. Koning, S. Hilaire, S. Goriely, TALYS-1.4 A nuclear reaction program, user manual, NRG, The Netherlands, (2011).

[12] A. Gilbert, A.G.W. Cameron, A composite nuclear level density formula with shell corrections, Can. J. Phys, 43 (1965) 1446.

[13] W. Dilg, W. Schantl, H. Vonach, M. Uhl, Level density parameters for the back-shifted fermi gas model in the mass range 40<A<250, Nucl. Phys, A 217 (1973) 269.

[14] A.V. Ignatyuk, J.L. Weil, S. Raman, S. Kahane, Density of discrete levels in 116Sn, Phys. Rev, C 47 (1993) 1504.

[15] S. Goriely, F. Tondeur, J.M. Pearson, A Hartree Fock nuclear mass table, At. Data Nucl. Data Tables, 77 (2001) 311.

[16] S. Hilaire, S. Goriely, Global microscopic nuclear level densities within the HFB plus combinatorial method for practical applications, Nucl. Phys, A 779 (2006) 63.