逆运动学法测定低能区10 B(d,n)11 C反应截面及其在PET同位素生产中的应用价值

本研究针对11 C同位素生产中低能区（0.05-0.57 MeV）反应截面数据缺失问题，创新性采用逆运动学法2 H(10 B,n)11 C，通过NaI(Tl)晶体符合探测技术精确测量截面值。首次填补0.2-0.5 MeV能区数据空白，为低成本静电加速器生产PET诊断用11 C提供关键核数据支撑。

　　

在正电子发射断层扫描（PET）技术领域，¹¹
C因其20.1分钟短半衰期和优异的标记能力，成为肿瘤诊断的理想放射性示踪剂。然而现有主流质子轰击法依赖昂贵回旋加速器，而氘核反应路线虽具成本优势，却因0.2-0.5 MeV能区截面数据空白与历史数据矛盾（差异达3倍），严重制约基于静电加速器的产业化应用。更棘手的是，传统氘束实验存在¹¹
C反冲核逃逸与背景干扰难题，使得低能区测量可靠性存疑。

为解决这一瓶颈问题，研究人员创新性地采用逆运动学策略——用加速的¹⁰
B离子轰击氘靶实现能量等效转换。实验设计两大技术亮点：一是双NaI(Tl)闪烁体符合探测系统，通过捕捉0.511 MeV湮灭γ射线对实现高信噪比测量；二是独创的反冲核束缚技术，利用运动学特性将¹¹
C禁锢于靶材。能量跨度覆盖0.6-3.2 MeV硼离子（对应0.05-0.57 MeV氘核），首次完整绘制该能区激发函数曲线。

关键技术方法包括：1）逆运动学反应²
H(¹⁰
B,n)¹¹
C实现物理背景抑制；2）符合γ探测系统（时间窗4.5 ns，能量分辨率8%）精确测定¹¹
C活度；3）结合SRIM软件计算阻止本领与氘靶浓度标定；4）通过衰变曲线反推截面值。

实验方法
采用3 μm厚氘化聚乙烯靶，束流强度控制在10-50 nA避免靶材损伤。每个能量点采集3次独立测量数据，通过高斯拟合处理511 keV光电峰，并扣除随机符合本底。特别设计铝制屏蔽体将环境背景降至0.05 cps水平。

数据分析
创新性建立双指数衰减模型：快成分（τ=2.3 min）对应束流关联干扰，慢成分（τ=20.38 min）准确反映¹¹
C衰变。通过蒙特卡洛模拟将探测效率修正精度提升至±1.2%。

结果与讨论
测得截面值在0.2 MeV处出现12.7 mb峰值，与TENDL-2023库预测偏差达58%。历史数据矛盾得以澄清：0.05-0.2 MeV区间与Paris等人1954年数据吻合，但0.5 MeV以上与Hofstee组2001年结果差异显著。关键发现是0.3 MeV处存在未被理论预测的隆起结构，可能源于复合核共振效应。

结论
该研究不仅首次建立0.2-0.5 MeV能区可靠数据库，更证实200 keV静电加速器即可实现临床级¹¹
C产量。这对开发基于离子注入器的紧凑型同位素生产系统具有革命性意义——相比传统回旋加速器方案，设备成本可降低80%以上。数据已应用于上海某医院小型化PET制药系统的工程设计，标志着低能氘核路线从理论走向实践的关键突破。