质子、α粒子及重离子辐照钍铀靶材的225 Ac与223 Ra产额优化：蒙特卡罗模拟与跨能区实验验证

【编辑推荐】本研究针对靶向α治疗（TAT）中225 Ac与223 Ra的高效制备难题，通过FLUKA和PHITS蒙特卡罗模拟，系统比较了质子、α粒子及9 Be/12 C重离子辐照钍/铀靶的核反应截面。发现α粒子在<100 MeV/u能区可显著提升225 Ra产额并规避227 Ac污染，为医用同位素生产提供了新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，靶向α治疗（Targeted Alpha Therapy, TAT）因其高线性能量转移（LET）和精准杀伤特性成为研究热点。其中，α核素²²⁵
Ac和²²³
Ra的供应瓶颈尤为突出——传统质子辐照²³²
Th靶虽能直接生成²²⁵
Ac，但伴生的²²⁷
Ac杂质极大增加了分离纯化难度。更棘手的是，通过质子-钍反应生成中间体²²⁵
Ra的截面极低，严重制约了²²⁵
Ac的规模化生产。

为解决这一难题，研究人员采用蒙特卡罗模拟软件FLUKA和PHITS，系统计算了10-800 MeV/u能区内质子、α粒子、⁹
Be和¹²
C四种粒子轰击钍/铀靶的核反应截面。通过对比JQMD-2.0、BME等物理模型发现：α粒子和重离子在<100 MeV/u能区即可触发核反应，且²²⁵
Ra产额较质子辐照提升显著。特别值得注意的是，α粒子轰击天然铀靶时，²²⁵
Ra生成截面甚至超越钍靶体系，这为建立无²²⁷
Ac污染的²²⁵
Ac生产线提供了全新思路。

关键技术方法包括：1) 使用FLUKA（含预平衡模型PEANUT）和PHITS（含JQMD-2.0、BME模型）模拟粒子输运；2) 对比实验数据库验证截面数据；3) 分析不同能区模型适用性（如RQMD模型限于>50 MeV/u）。

【结果】
• INTRODUCTION：阐明TAT技术优势及²²⁵
Ac/²²³
Ra的临床价值
• FLUKA code：验证代码在<5 GeV能区的强子相互作用精度
• Results：α粒子轰击钍靶时²²⁵
Ra峰值截面达35 mb（80 MeV/u），铀靶体系更优
• Discussion：指出FLUKA在100-150 MeV/u存在模型跃迁误差，PHITS的JQMD-2.0模型预测最可靠
• Conclusion：确认α/重离子辐照可降低能量阈值，铀靶方案具产业化潜力

研究意义在于：首次系统评估多粒子-靶材组合的医用同位素产率，发现α-铀靶这一高效清洁路径。该成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》，为后续实验设计提供了关键理论依据，对推动TAT药物国产化具有战略价值。