Studies in Medical Sciences

fa محاسبه‌ی سطح مقطع و بازده تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کدهای هسته‌ای GEANT4 و TALYS CALCULATION OF CROSS SECTION AND PRODUCTION YIELD OF RADIOPHARMACEUTICAL PRASEODYMIUM-139 THROUGH 140CE(P, 2N)139PR REACTION USING GEANT4 AND TALYS NUCLEAR CODES فیزیک پزشکی فیزیک پزشکی پژوهشي(توصیفی- تحلیلی) Research پیش‌زمینه و هدف: PET یک روش تصویربرداری بسیار مفید و مناسب در پزشکی هستهای میباشد. در این روش از پوزیترونهای با انرژی خاص برای تصویربرداری استفاده میشود. عناصر موجود در گروه لانتانیدها برای واپاشی پوزیترونهای با انرژی مشخص برای استفاده در PET  مناسب هستند. پراسئودیمیوم‌139 با نیمهی عمر 5/4 ساعت، یکی از عناصر مفید گروه لانتانیدها است که در PET قابل‌استفاده میباشد. 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 شبیهسازی شد. هدف از این شبیه‌سازی، محاسبهی سطح مقطع واکنش و بهرهی تولید پراسئودیمیوم-139 در هدف سریوم-140 پرتودهی شده با پروتون میباشد. مواد و روش کار: مقادیر سطح مقطع و بهرهی 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 شبیهسازی شد. یافتهها: تغییرات برد پروتون با استفاده از کدهای SRIM و GEANT4 در هدف سریوم-140 به ازای انرژیهای مختلف پروتونهای فرودی نشان داده شده است. برد پروتون در سریوم-140 در انرژی  MeV5/22 به ترتیب 1610 و 5/1637 میکرومتر محاسبه شد. سپس مقادیر سطح مقطع شبیه‌سازی‌شده با استفاده از کدهای TALYS و GEANT4 به ازای انرژیهای مختلف پروتونهای فرودی با دادههای تجربی مقایسه شدهاند. در انرژی  MeV5/22، 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 7/1150 و 4/1350 میلی بارن است. مقدار بهرهی تولید در ضخامت ضخیم از هدف سریوم-140 به ازای انرژیهای مختلف پروتون محاسبه شد. همچنین مقدار بهرهی تولید در انرژی  MeV22 با استفاده از این کدها به ترتیب 1/1832 وMBqµA-1h-1  83/1782 محاسبه شد. بحث و نتیجهگیری: مقایسهی نتایج حاصل از شبیهسازی برای تولید رادیوداروی پراسئودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کد TALYS و روش مونت‌کارلوی GEANT4 و SRIM نشان میدهد که توافق خوبی با دادههای تجربی دارند. همچنین میتوان بدون صرف وقت و هزینهی زیاد و مواد آزمایشگاهی و قبل از تولید رادیودارو، واکنش موردنظر را با استفاده از این کدها شبیهسازی نمود و مقادیر بهرهی تولید و بازه مناسب انرژی را برای تولید رادیودارو پیش‌بینی کرد. 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. پراسئودیمیوم-139, کد GEANT4, کد TALYS, سطح مقطع, بهرهی تولید, شتاب‌دهنده Praseodymium-139, GEANT4 code, TALYS code, cross section, production efficiency, accelerator 680 689 http://umj.umsu.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-2755-2&slc_lang=fa&sid=1 Farzad Isazadeh فرزاد عیسی زاده farzad.9999.isa@gmail.com 3700319475328460030303 3700319475328460030303 No MSc Student, Department of physics, Faculty of Science, Urmia University, Urmia, Iran دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیک هسته‌ای، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران akbar abdi saray اکبر عبدی سرای ak.abdi@urmia.ac.ir 3700319475328460030304 3700319475328460030304 Yes Assistant Professor, Department of physics, Faculty of Science, Urmia University, Urmia, Iran (Corresponding Author) استادیار مهندسی هسته‌ای راکتور، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران (نویسنده مسئول)