محاسبه‌ی سطح مقطع و بازده تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140ce(p,2n)139pr با استفاده از کدهای هسته‌ای geant4 و talys

پیش‌زمینه و هدف: pet یک روش تصویربرداری بسیار مفید و مناسب در پزشکی هسته ای می باشد. در این روش از پوزیترون های با انرژی خاص برای تصویربرداری استفاده می شود. عناصر موجود در گروه لانتانیدها برای واپاشی پوزیترون های با انرژی مشخص برای استفاده در pet  مناسب هستند. پراسئودیمیوم‌139 با نیمه ی عمر 4.5 ساعت، یکی از عناصر مفید گروه لانتانیدها است که در pet قابل‌استفاده می باشد. 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 شبیه سازی شد. هدف از این شبیه‌سازی، محاسبه ی سطح مقطع واکنش و بهره ی تولید پراسئودیمیوم-139 در هدف سریوم-140 پرتودهی شده با پروتون می باشد.مواد و روش کار: مقادیر سطح مقطع و بهره ی 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 شبیه سازی شد.یافته ها: تغییرات برد پروتون با استفاده از کدهای srim و geant4 در هدف سریوم-140 به ازای انرژی های مختلف پروتون های فرودی نشان داده شده است. برد پروتون در سریوم-140 در انرژی  mev22.5 به ترتیب 1610 و 1637.5 میکرومتر محاسبه شد. سپس مقادیر سطح مقطع شبیه‌سازی‌شده با استفاده از کدهای talys و geant4 به ازای انرژی های مختلف پروتون های فرودی با داده های تجربی مقایسه شده اند. در انرژی  mev22.5، 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 1150.7 و 1350.4 میلی بارن است. مقدار بهره ی تولید در ضخامت ضخیم از هدف سریوم-140 به ازای انرژی های مختلف پروتون محاسبه شد. همچنین مقدار بهره ی تولید در انرژی  mev22 با استفاده از این کدها به ترتیب 1832.1 وmbqµa-1h-1  1782.83 محاسبه شد. بحث و نتیجه گیری: مقایسه ی نتایج حاصل از شبیه سازی برای تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140ce(p,2n)139pr با استفاده از کد talys و روش مونت‌کارلوی geant4 و srim نشان می دهد که توافق خوبی با داده های تجربی دارند. همچنین می توان بدون صرف وقت و هزینه ی زیاد و مواد آزمایشگاهی و قبل از تولید رادیودارو، واکنش موردنظر را با استفاده از این کدها شبیه سازی نمود و مقادیر بهره ی تولید و بازه مناسب انرژی را برای تولید رادیودارو پیش‌بینی کرد.

calculation of cross section and production yield of radiopharmaceutical praseodymium-139 through 140ce(p, 2n)139pr reaction using geant4 and talys nuclear codes

background & aim: pet is a very useful and suitable imaging method in nuclear medicine. this method uses positrons with a special energy for imaging. the elements of the lanthanide are suitable for the decay of positrons with a specific energy for use in pet. praseodymium-139 with a half-life of 4.5 hours is one of the useful elements in the group of lanthanides that can be used in pet. in this study, the 140ce (p,2n)139pr reaction to produce the useful radiopharmaceutical praseodymium-139 was simulated by the talys code with four different models and also by the geant4 monte carlo code. the purpose of this simulation is to calculate the cross-sectional area of the reaction and the production efficiency of praseodymium-139 in the proton irradiated cerium-140 target.materials & methods: the values of cross-section and production yield of praseodymium-139 have been obtained through 140ce(p,2n)139pr reaction using talys and geant4 codes and the proton projectile range changes in the cerium-140 target were simulated using srim and geant4 codes.results: proton range changes are shown using the srim and geant4 codes in the cerium-140 target for different energies of the entrance protons. the range of protons in cerium-140 at 22 mev energy was calculated to be 1610 and 1637.5 micrometers, respectively. then the cross-sectional values simulated using talys and geant4 codes for different energies of the entrance protons were compared with the experimental data. at the energy of 5.22 mev, the cross section of praseodymium-139 has the maximum amount in the reaction 140ce(p,2n)139pr. the thickness of the production thickness was calculated from the target of cerium-140 for different proton energies. the cross-sectional values obtained in this energy using these two codes are 1150.7 and 1350.4 bar, respectively. also, the amount of product yield in the energy of 22 mev was calculated using these codes, 1832.1 and 1782.83 mbqµa-1h-1, respectively.discussion and conclusion: comparison of the simulation results for the product of praseodymium-139 radiopharmaceuticals through the 140ce(p,2n)139pr  reaction using the talys code and the geant4 and srim monte carlo methods show that they are in good agreement with the experimental data. it is also possible to simulate the desired reaction using these codes without spending a lot of time and money and laboratory materials and before the production of radiopharmaceuticals, and to predict the values of production efficiency and the appropriate range of energy for the production of radiopharmaceuticals.