Studies in Medical Sciences

fa مقایسه بهره تولید رادیوایزوتوپ مس-61 از طریق واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu، natZn(p,x)61Cu، 61Ni(p,n)61Cu و natNi(p,x)61Cu در سیکلوترون‌های بیمارستانی با استفاده از کدهای هسته‌ای TALYS، EMPIRE و MCNPX Comparison of Copper-61 Radioisotop Production Yield via Reactions of 64Zn(p,α)61Cu, natZn(p,x)61Cu, 61Ni(p,n)61Cu, and natNi(p,x)61Cu in Hospital Cyclotron using TALYS, EMPIRE, and MCNPX Nuclear Codes فیزیک پزشکی فیزیک پزشکی پژوهشي(توصیفی- تحلیلی) Research پیش‌زمینه و هدف: مس-61 (61Cu) رادیوایزوتوپی با نیمه‌عمر 33/3 ساعت است که یا با گسیل<m:omath><m:ssup><m:ssuppr><m:ctrlpr></m:ctrlpr></m:ssuppr><m:e><m:r>β</m:r></m:e><m:sup><m:r>+</m:r></m:sup></m:ssup></m:omath>  (61 درصد) و یا با گیراندازی الکترون (39 درصد) به ایزوتوپ نیکل-61 واپاشی می‌شود. از این رادیوایزوتوپ&lrm; می‌توان در بررسی خون‌رسانی قلب و تصویربرداری از بافت‌های سرطانی کم اکسیژن با PET استفاده کرد. 61Cu عمدتاً از طریق بمباران هدف‌هایی از جنس روی (Zn)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) در سیکلوترون‌های متوسط تولید می‌شود. هدف از این مطالعه، بررسی بهره تولید 61Cu تحت واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu، natZn(p,x)61Cu، 61Ni(p,n)61Cu و natNi(p,x)61Cu در سیکلوترون‌های بیمارستانی بود. مواد و روش‌ کار: در این مطالعه مداخله‌ای، توابع برانگیختگی این واکنش‌ها توسط کدهای TALYS-1/96 و EMPIRE-3-2-2 محاسبه‌شده و بهترین انرژی با بیشترین سطح مقطع واکنش و کمترین ناخالصی تولیدی، تعیین ‌شد. توان ایستانندگی و ضخامت هدف در انرژی انتخابی توسط کد SRIM-2013 محاسبه شد. بهره تولید 61Cu با انتگرال‌گیری از فرمول بهره تولید در محیط MATLAB به دست آمد و با نتایج حاصل از شبیه‌سازی MCNPX-2/6 و نتایج تجربی مقایسه ‌شد. یافته‌ها: حداکثر بهره حاصل از کد TALYS برای واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu، natZn(p,x)61Cu، 61Ni(p,n)61Cu و natNi(p,x)61Cu به ترتیب در انرژی‌های 14، 14، 9 و MeV 20 برابر با 29/113، 07/55، 51/498 و MBq/µAh 51/46 بود. حداکثر بهره حاصل از کد EMPIRE برای واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu و 61Ni(p,n)61Cu به ترتیب در انرژی‌های 14 و MeV 9 برابر با 24/183 و MBq/µAh 21/497 بود. حداکثر بهره حاصل از کد MCNPX برای واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu و 61Ni(p,n)61Cu در انرژی‌های 14 و‌ MeV 9 به ترتیب برابر با 73/90 و MBq/µAh 26/470 بود. حداکثر بهره تجربی واکنش‌های 64Zn(p,α)61Cu و 61Ni(p,n)61Cu در انرژی‌های 14 و MeV 9 به ترتیب برابر با 155 و MBq/µAh 32/461 بود. بحث و نتیجه‌گیری: از مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی و تجربی می‌توان دریافت که این نتایج در واکنش 61Ni(p,n)61Cu در انرژی‌ MeV 9 توافق خوبی باهم دارند و این واکنش در این انرژِی، بهترین واکنش برای تولید 61Cu در سیکلوترون‌های بیمارستانی است. <a name="_Toc416081061">Background & Aims: </a>Copper-61 (61Cu) is a radioisotope with a half-life of 3.33 hours which decays to nickel-61 isotope by<m:omath><m:ssup><m:ssuppr><m:ctrlpr></m:ctrlpr></m:ssuppr><m:e><m:r>β</m:r></m:e><m:sup><m:r>+</m:r></m:sup></m:ssup></m:omath>  emission (61%) or electron capture (39%). This radioisotope can be used in the evaluation of the blood supply of the heart and low-oxygen cancer tissues imaging with PET. 61Cu is mainly produced by bombarding zinc (Zn), nickel (Ni) and cobalt (Co) targets in medium cyclotrons. The aim of this study was to investigate the 61Cu production yield via the reactions of 64Zn(p,α)61Cu, natZn(p,x)61Cu, 61Ni(p,n)61Cu, and natNi(p,x)61Cu in hospital cyclotrons. Materials & Methods: In this experimental study, the excitation functions of these reactions were calculated by TALYS-1/96 and EMPIRE-3-2-2 codes, and the best energy with highest reaction cross-section and lowest impurity was determined. The stopping power and target thickness at the selected energy were calculated by SRIM-2013 code. 61Cu production yield was obtained by integrating the production yield formula in MATLAB environment, and compared with the results of MCNPX-2/6 simulation and experimental works. Results: The maximum yield of the TALYS code for 64Zn(p,α)61Cu, natZn(p,x)61Cu, 61Ni(p,n)61Cu, and natNi(p,x)61Cu at 14, 14, 9 and 20 MeV were 113/29, 55/07, 498/51 and 46/51 MBq/µAh, respectively. The maximum yield of the EMPIRE code for 64Zn(p,α)61Cu and 61Ni(p,n)61Cu at 14 and 9 MeV were 183/24 and 497/21 MBq/µAh, respectively. The maximum yield of MCNPX code for 64Zn(p,α)61Cu and 61Ni(p,n)61Cu at 14 and 9 MeV were 90/73 and 470/26 MBq/µAh, respectively. The maximum experimental yield of 64Zn(p,α)61Cu and 61Ni(p,n)61Cu at 14 and 9 MeV were 155 and 461/32 MBq/µAh, respectively. Conclusion: It could be concluded from the comparison of simulation and experimental results that these results are in concurrence with 61Ni(p,n)61Cu at 9 MeV, and this reaction in this energy is the best reaction for producing 61Cu in hospital cyclotrons. مس-61, سیکلوترون بیمارستانی, شبیه‌سازی مونت‌کارلو, نیکل, بهره تولید, روی Cu-61, Hospital Cyclotron, Monte Carlo Simulation, Nickel, Production Yield, Zinc 823 838 http://umj.umsu.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-5265-1&slc_lang=fa&sid=1 Maedeh Hasani مایده حسنی maedehhassani17@gmail.com 3700319475328460033606 3700319475328460033606 No MSc Student, Department of Nuclear Engineering, Faculty of Engineering, Lahijan Branch, Islamic Azad University, Lahijan, Iran دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی هسته‌ای- پرتوپزشکی، گروه مهندسی پرتوپزشکی، دانشکده فنی مهندسی، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران Alireza Azadbar علیرضا آزادبر arash_azadbar@yahoo.com 3700319475328460033607 3700319475328460033607 Yes Assistant Professor, Department of Nuclear Engineering, Faculty of Engineering, Lahijan Branch, Islamic Azad University, Lahijan, Iran (Corresponding Author) استادیار مهندسی هسته‌ای- پرتوپزشکی، گروه مهندسی پرتوپزشکی، دانشکده فنی مهندسی، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران (نویسنده مسئول)