基于激光加速电子源的光核医用同位素产生模拟研究
发布时间：2021-06-19 21:38
近年来,《自然》杂志多次报道医用放射性同位素短缺危机,研究用于生产同位素的新途径迫在眉捷。随着超强超短脉冲激光器技术的不断革新与发展,光核同位素产生被视为一种非常有效和现实的途径来提供放射性同位素,用于核医学、分子影像学、分子生物学以及其它基础科学和应用研究。本论文为基于激光加速电子源的光核医用同位素产生模拟研究,论文由以下五个章节组成:第一章:绪论。简要介绍了放射性同位素在医学中应用以及常规的产生方式;随着超强超短激光技术的发展,为超强激光诱发光核反应产生医用同位素产生提供了有利的的技术条件;最后介绍了国内外在强激光诱发的γ辐射机理的研究成果和进展。第二章:感兴趣的光核医用同位素的选择与产生。我们详细介绍了几种感兴趣医用同位素的选择,讨论了光核医用同位素的产生机制及其光核产生截面。模拟使用的光核医用同位素产生机制中主要为光中子反应和光质子反应,使用TALYS程序计算了几种医用同位素（69Ge、68Ga、64,62Cu、47,44Sc）的产生截面。第三章:感兴趣的光核医用同位素的选择与产生。主要概括为超强超短激光加速的大电荷量高能电子源-轫致辐射γ源。首先,采用3D-PIC（3D-Pa...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１核吸收光子后的行为概括［６７］，?川５－２０ＭｅＶ
Ｃ粒子模拟程序ＥＰＯＣＨ丨６８】（ｖｅｒｓｉｏｎ?４．８．３）构建??了激光加速大电荷量电子源的物理模型，模拟研究激光等离子体反应过程并讨论??不同等离子体密度对加速电子束的影响；在课题组自主研发并使用验证过的ＭＣ??程序Ｇｅａｎｔ＾ＧＥＮＢＯＤｌ６３，６４！的基础上构建基于激光加速电子源驱动的光核医用同??位素产生模型，对大电荷量的电子源驱动的光核医用冋位素产生过程进行模拟计??算。木课题组成员己经表明，被激光加速的大电荷量电子束亦可用于长寿命核废??料的嬗变１６１Ｘ６１Ｌ??如图３．１所示，以激光加速电子源驱动光核医用间位素６：Ｃｕ产生的示意图为??例，构违岛功率激光脉冲加速电子的光核医用同位素产生模型。当３４０?ＴＷ的高??功率超短激光脉冲聚焦在从ｎｉｍ?Ｍ级的高压气体喷嘴喷出的近临界密度怡性气??体靶上，通过激光有质动力和激光尾波场混合加速机制得到大电荷Ｍ的相对论电??子束１５１】。加速得到的电子源轰击在高压气体喷嘴下游２?ｃｍ处的钽靶（毫米跫级??厚度）上，受靶原子库伦场的影响产也高能高通量的轫致辐射Ｙ光，Ｙ射线进一步??在紧贴在转换靶后面的Ｕ标靶（铜靶）中诱发光核反应（主耍是（丫，…反应）产生??感兴趣的医用同位素。??Ｗａｋｃｆｉｄｄ?？Ｃｕ?ｔ?妒??ｄｅｃｌｒｏｎｓ?门◎?ｙ－ｒａｙｓ??說６３０１少々Ｎｉ??＾?〇?ｎｅｕｔｒｏｎ??Ｔａ?Ｃｕ??图３．］．基于激光加速电子源驱动的光核反应产生医用放射性同位素６：Ｃｕ示意图??１５??
，，，．（ＦＷＨＭ）。激光强度为３．４?ｘｌＯ２１?Ｗ／ｃｍ２对应３５０?ＴＷ的激光峰值功率，该峰值??功率远高于ＮＣＤ等离子体中激光自聚焦的临界功率。在整个等离子体区域内的??电子几乎都可以获得有效的加速，产生截止能量高于１００?ＭｅＶ的稠密电子束。??在３Ｄ模拟中，模拟盒子在纵向（ｘ）方向上为８０?｜ｉｒｎ，在横向（ｙ和ｚ）方向上??为３０ｐｎｉ。在激光传播方向（纵向方向），每个激光波长的空间中放置１２．５个网??格；在与激光传播方向的法线方向（橫向方向），每个激光波长的空间中放置８??个网格。在每个网格空间中放置２个宏质子和８个宏电子。厚度为５０?ｐｍ等离子??体放置在模拟盒子左侧边界ｌ〇Ｈｍ到６０叫１的空间里，具有均匀的密度办＝（０．】－２）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]MC模拟HPGe探测器探测效率[J]. 杨静,关伟,白万春. 核电子学与探测技术. 2018(06)
[2]68Ge/68Ga发生器的临床应用[J]. 黄钱焕,潘栋辉,徐宇平,盛洁,王彦婷,杨敏. 同位素. 2017(04)
[3]激光尾波场驱动准连续小角度电子束研究进展[J]. 李荣凤,高树超,肖朝凡,徐智怡,薛兴泰,刘建波,赵研英,陈佳洱,卢海洋,颜学庆. 物理学报. 2017(15)
[4]68Ga标记放射性药物的制备及应用研究进展[J]. 杨春慧,梁积新,沈浪涛,李洪玉. 同位素. 2017(03)
[5]A data-based photonuclear simulation algorithm for determining specific activity of medical radioisotopes[J]. Wen Luo,Dimiter L.Balabanski,Dan Filipescu. Nuclear Science and Techniques. 2016(05)
[6]Production of medical radioisotope 64Cu by photoneutron reaction using ELI-NP γ-ray beam[J]. Wen Luo. Nuclear Science and Techniques. 2016(04)
[7]靶后鞘层机制加速离子的研究进展[J]. 王凤超. 激光与光电子学进展. 2014(12)
[8]基于钛宝石的超快超强激光新进展[J]. 张宝辉,徐军,杨秋红,王静雅,唐慧丽. 激光与光电子学进展. 2013(04)
[9]HPGe探测器晶体尺寸及效率的研究[J]. 牟婉君,李梅,钟正坤. 原子核物理评论. 2013(01)
[10]关于保障我国同位素供应安全的考虑[J]. 汪勇先. 核技术. 2013(03)
本文编号：3238588
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１核吸收光子后的行为概括［６７］，?川５－２０ＭｅＶ
Ｃ粒子模拟程序ＥＰＯＣＨ丨６８】（ｖｅｒｓｉｏｎ?４．８．３）构建??了激光加速大电荷量电子源的物理模型，模拟研究激光等离子体反应过程并讨论??不同等离子体密度对加速电子束的影响；在课题组自主研发并使用验证过的ＭＣ??程序Ｇｅａｎｔ＾ＧＥＮＢＯＤｌ６３，６４！的基础上构建基于激光加速电子源驱动的光核医用同??位素产生模型，对大电荷量的电子源驱动的光核医用冋位素产生过程进行模拟计??算。木课题组成员己经表明，被激光加速的大电荷量电子束亦可用于长寿命核废??料的嬗变１６１Ｘ６１Ｌ??如图３．１所示，以激光加速电子源驱动光核医用间位素６：Ｃｕ产生的示意图为??例，构违岛功率激光脉冲加速电子的光核医用同位素产生模型。当３４０?ＴＷ的高??功率超短激光脉冲聚焦在从ｎｉｍ?Ｍ级的高压气体喷嘴喷出的近临界密度怡性气??体靶上，通过激光有质动力和激光尾波场混合加速机制得到大电荷Ｍ的相对论电??子束１５１】。加速得到的电子源轰击在高压气体喷嘴下游２?ｃｍ处的钽靶（毫米跫级??厚度）上，受靶原子库伦场的影响产也高能高通量的轫致辐射Ｙ光，Ｙ射线进一步??在紧贴在转换靶后面的Ｕ标靶（铜靶）中诱发光核反应（主耍是（丫，…反应）产生??感兴趣的医用同位素。??Ｗａｋｃｆｉｄｄ?？Ｃｕ?ｔ?妒??ｄｅｃｌｒｏｎｓ?门◎?ｙ－ｒａｙｓ??說６３０１少々Ｎｉ??＾?〇?ｎｅｕｔｒｏｎ??Ｔａ?Ｃｕ??图３．］．基于激光加速电子源驱动的光核反应产生医用放射性同位素６：Ｃｕ示意图??１５??
，，，．（ＦＷＨＭ）。激光强度为３．４?ｘｌＯ２１?Ｗ／ｃｍ２对应３５０?ＴＷ的激光峰值功率，该峰值??功率远高于ＮＣＤ等离子体中激光自聚焦的临界功率。在整个等离子体区域内的??电子几乎都可以获得有效的加速，产生截止能量高于１００?ＭｅＶ的稠密电子束。??在３Ｄ模拟中，模拟盒子在纵向（ｘ）方向上为８０?｜ｉｒｎ，在横向（ｙ和ｚ）方向上??为３０ｐｎｉ。在激光传播方向（纵向方向），每个激光波长的空间中放置１２．５个网??格；在与激光传播方向的法线方向（橫向方向），每个激光波长的空间中放置８??个网格。在每个网格空间中放置２个宏质子和８个宏电子。厚度为５０?ｐｍ等离子??体放置在模拟盒子左侧边界ｌ〇Ｈｍ到６０叫１的空间里，具有均匀的密度办＝（０．】－２）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]MC模拟HPGe探测器探测效率[J]. 杨静,关伟,白万春. 核电子学与探测技术. 2018(06)
[2]68Ge/68Ga发生器的临床应用[J]. 黄钱焕,潘栋辉,徐宇平,盛洁,王彦婷,杨敏. 同位素. 2017(04)
[3]激光尾波场驱动准连续小角度电子束研究进展[J]. 李荣凤,高树超,肖朝凡,徐智怡,薛兴泰,刘建波,赵研英,陈佳洱,卢海洋,颜学庆. 物理学报. 2017(15)
[4]68Ga标记放射性药物的制备及应用研究进展[J]. 杨春慧,梁积新,沈浪涛,李洪玉. 同位素. 2017(03)
[5]A data-based photonuclear simulation algorithm for determining specific activity of medical radioisotopes[J]. Wen Luo,Dimiter L.Balabanski,Dan Filipescu. Nuclear Science and Techniques. 2016(05)
[6]Production of medical radioisotope 64Cu by photoneutron reaction using ELI-NP γ-ray beam[J]. Wen Luo. Nuclear Science and Techniques. 2016(04)
[7]靶后鞘层机制加速离子的研究进展[J]. 王凤超. 激光与光电子学进展. 2014(12)
[8]基于钛宝石的超快超强激光新进展[J]. 张宝辉,徐军,杨秋红,王静雅,唐慧丽. 激光与光电子学进展. 2013(04)
[9]HPGe探测器晶体尺寸及效率的研究[J]. 牟婉君,李梅,钟正坤. 原子核物理评论. 2013(01)
[10]关于保障我国同位素供应安全的考虑[J]. 汪勇先. 核技术. 2013(03)
本文编号：3238588
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