基于蒙特卡洛模拟的44Sc回旋加速器生产参数优化及其诊疗一体化应用前景分析

本文推荐一篇运用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo）优化44Sc回旋加速器生产参数的研究。作者采用TALYS-2.0、SRIM和FLUKA等多尺度模拟工具，系统分析了靶材厚度、质子能量、辐照时间和冷却时间对44Sc产率及核素纯度的影响，为诊疗一体化（Theranostics）核素44Sc的临床转化提供了关键参数优化策略与理论依据。

　　

Highlight

TALYS模拟

TALYS是一款用于分析基础核反应实验或生成核反应数据的综合核反应建模代码，适用于高达200 MeV能量的核反应模拟。其优势在于能够处理多种反应类型，包括低能中子反应、光子反应和高能带电粒子反应，并为核数据库的开发和验证提供支持。

核反应截面

天然碳酸钙（^natCaCO₃）中含多种钙同位素，其中⁴⁴Ca仅占2.09%，而富集⁴⁴Ca的靶材（⁴⁴CaCO₃）中⁴⁴Ca含量高达99.20%。尽管⁴⁴Sc主要通过⁴⁴Ca(p, n)⁴⁴Sc反应生成，但在特定能量范围内，质子也可能引发其他核素反应产生杂质核素，因此准确计算各反应道的截面至关重要。

讨论

瑞士PSI研究所的Meulen等人曾利用⁴⁴CaCO₃靶材和72 MeV质子束流生产⁴⁴Sc，并通过铌靶降能至11–13 MeV。本研究基于其实验参数建立FLUKA物理模型，模拟结果与实测数据高度吻合，验证了模拟的可靠性，并为后续参数优化提供了坚实基础。

结论

基于模拟结果与文献分析，本研究得出以下结论：

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  （1）用于生产⁴⁴Sc的碳酸钙靶材最佳厚度需根据应用目标选择：在12 MeV质子能量下，若为科研用小批量生产，推荐厚度小于72.75 μm；若为临床用大批量生产，则推荐650–660 μm厚度。