基于高强度 DT 中子发生器生产医用放射性同位素177Lu 的创新突破与意义探寻

为解决177Lu 现有生产方法存在的问题，研究人员开展基于高强度 DT 中子发生器直接生产177Lu 的研究。经模拟与优化，发现三层结构对177Lu 生产近乎独立，40 天辐照可产约 13.5 Ci177Lu ，为177Lu 生产提供新方案。

　　在现代医学领域，放射性同位素治疗和诊断技术正发挥着越来越重要的作用。¹⁷⁷Lu（镥 - 177）作为一种具有广阔应用前景的医用放射性同位素，受到了众多科研人员的关注。它的半衰期为 6.647 天，能发射 β^-射线，且分支比达到 100%，这使得它在摧毁小肿瘤的同时，能有效减少对周围正常组织的损伤，在神经内分泌肿瘤和前列腺癌的诊疗中表现出色。¹⁷⁷Lu 的特征 γ 射线（208 keV 和 113 keV）还能用于单光子发射计算机断层成像（SPECT），辅助医生更准确地诊断病情。

然而，目前¹⁷⁷Lu 的生产面临诸多难题。在核研究反应堆中，主要有两种生产方式。一种是通过¹⁷⁶Lu 靶的中子捕获反应直接生产¹⁷⁷Lu，这种方法虽然成本较低，但产品大多是添加了载体的¹⁷⁷Lu，还含有长半衰期且高毒性的¹⁷⁷Lu 杂质。另一种是先对¹⁷⁶Yb 靶进行中子捕获反应，再经 β 衰变间接生产¹⁷⁷Lu，该方法能获得高比活度、几乎不含^177mLu 杂质且无载体添加的¹⁷⁷Lu，但由于镥（Lu）和镱（Yb）化学性质相似，从 Yb 靶中分离痕量的¹⁷⁷Lu 困难重重，相关分离纯化技术仍在研发中。

除了反应堆生产，基于加速器、光核反应等方法也被用于尝试生产¹⁷⁷Lu，但这些方法也存在各自的问题。加速器生产虽然安全性高、成本低，但产生的中子通常能量高、强度低，导致目标放射性同位素产量较低；光核反应生产¹⁷⁷Lu 的效率也有待提高。因此，寻找一种更高效、更经济、更安全的¹⁷⁷Lu 生产方法迫在眉睫。

在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项基于高强度 DT（氘 - 氚）中子发生器直接生产¹⁷⁷Lu 的研究。他们的研究成果为¹⁷⁷Lu 的生产开辟了新的道路，相关论文发表在《Applied Radiation and Isotopes》上。

研究人员为了开展这项研究，主要运用了以下关键技术方法：

1. 建立模型：基于 Geant4.11.1 版本和 FTFP_BERT_HP 物理模型，构建了¹⁷⁷Lu 生产装置的概念模型，该模型设计为同心圆柱结构。
2. 模拟分析：利用模拟手段，分析不同材料和厚度的中子倍增器、慢化剂、反射器对¹⁷⁷Lu 生产的影响。
3. 优化方法：采用响应面法（RSM）对模型进行优化，确定各层的材料和参数。

研究结果

1. 模型描述：研究人员建立的模型中，初级中子源由高强度 D⁺束入射到氚气靶上，通过 DT 聚变反应产生，产生的中子平均能量约为 14.1 MeV。
2. 优化倍增器区域：通过模拟不同材料的倍增器层对中子数比的影响，发现铍（Be）、铋（Bi）和铅（Pb）的中子倍增效果相当，且明显优于钽（Ta）、钍（Th）和²³⁸U，因此从 Be、Pb 和 Bi 中选择倍增器材料。
3. 综合优化：利用响应面法（RSM）对模型进行优化，发现装置的三层结构（中子倍增器、慢化剂、反射器）对¹⁷⁷Lu 的生产几乎是独立的。经过计算，在稳定中子产率为 5×10¹¹ n/s 的情况下，辐照 40 天可生产约 13.5 Ci（居里）的¹⁷⁷Lu，显著提高了¹⁷⁷Lu 的活度和比活度。

研究结论与讨论

这项研究成功模拟了基于高强度 DT 中子发生器直接生产¹⁷⁷Lu 的过程，建立了生产装置模型并进行了系统优化，确定了各层的材料和参数。虽然之前的优化分析是基于各层独立运行的假设，不同层之间可能存在相互作用，但响应面法（RSM）的应用进一步优化了生产过程。该研究成果为¹⁷⁷Lu 的生产提供了一种新的可行方案，有望解决现有生产方法存在的问题，推动¹⁷⁷Lu 在核医学领域的广泛应用，为神经内分泌肿瘤、前列腺癌等疾病的诊疗带来新的希望，在医用放射性同位素生产领域具有重要的意义。