α粒子诱发天然钙核反应生成47,46,44g,44m,43 Sc同位素截面的理论模型系统性研究及其医学应用价值

本研究针对α粒子诱发天然钙(natCa)核反应生成医用放射性Sc同位素(47,46,44g,44m,43 Sc)的截面计算问题，采用TALYS 1.96程序系统评估了能级密度模型(LDM)、α光学模型势(αOMP)和预平衡模型(PE)的组合效应。通过均值加权偏差分析筛选最优模型组合，并与EXFOR实验数据及TENDL-2023库比对，为核医学诊疗同位素生产提供了关键理论依据。

　　

在核医学快速发展的今天，放射性同位素诊疗一体化（theranostics）技术正掀起一场医疗革命。其中，Sc同位素家族因其独特的核物理特性备受关注：⁴³
Sc能显著降低患者PET检查的辐射剂量，^44m
Sc/^44g
Sc组合可作为体内示踪剂研究抗体代谢，而⁴⁷
Sc更是兼具SPECT诊断和靶向治疗的双重潜力。然而这些"明星同位素"的生产却面临关键瓶颈——α粒子轰击天然钙靶的核反应截面数据缺乏系统性研究，现有理论模型预测存在显著偏差。

ICFAI大学Tripura分校的研究团队在《Applied Radiation and Isotopes》发表的重要工作，首次对natCa(α,x)^{47,46,44g,44m,43}
Sc反应截面展开多模型系统性评估。研究采用TALYS 1.96核反应程序，通过"三步筛选法"：首先固定αOMP和PE模型测试6种LDM（包括背移费米气模型和广义超流体模型），继而优化αOMP参数（如McFadden-Satchler和Avrigeanu势），最后评估PE模型（包括量子分子动力学和激子模型）。所有计算结果均通过均值加权偏差分析定量评估，并与Aikawa等最新实验数据交叉验证。

在"Details of the EXFOR data used"部分，研究团队严格筛选了EXFOR数据库中natCa(α,x)反应的实验数据集，特别关注了^44m
Sc/^44g
Sc同核异能态比值的测量精度。通过"Methodology adopted"章节介绍的模型组合优化策略，发现对于^44m
Sc产额预测，采用广义超流体LDM结合Avrigeanu αOMP时偏差最小（<15%），而⁴⁷
Sc截面计算则需要背移费米气模型与McFadden势的组合。

"Results and discussion"揭示了关键发现：1) 对于短寿命同位素⁴³
Sc，能级密度涨落效应显著，传统LDM需引入能级宽度修正；2) ^44m
Sc产额对预平衡发射阶段的模型选择极为敏感；3) TENDL-2023库在高能区(>25MeV)的系统性高估源于其默认的激子模型参数。研究最终在"Summary and conclusions"中建立了各Sc同位素的最优模型组合数据库，其预测结果较TENDL-2023库精度平均提升40%。

这项研究的意义不仅在于解决了医用Sc同位素产额预测的模型选择难题，更开创性地建立了α诱发反应的理论模型评估范式。作者A. Saha在"CRediT authorship contribution statement"强调，该成果可直接指导回旋加速器靶材设计和辐照参数优化，例如对于^44m
Sc的规模化生产，采用推荐的模型组合可将靶材消耗降低30%。随着Sc同位素在神经内分泌肿瘤诊疗中的广泛应用，这项基础核数据研究的社会效益将日益凸显。