天然银靶中3He粒子诱发核反应的截面测量与模型验证研究

本研究通过堆叠箔活化技术，系统测量了27 MeV以下3He粒子轰击天然银靶产生104-111Ag、107-111In及107,109Cd等12种放射性核素的激发函数曲线，填补了3He反应截面数据空白。研究采用EMPIRE代码和TENDL-2023库进行理论预测比对，发现显著差异，为核反应模型优化提供关键实验依据。虽然厚靶产额显示107gIn和108mIn产率较高，但整体产量仍不足实际应用需求。该成果对核医学示踪剂开发、天体物理核合成研究及核数据库完善具有重要价值。

　　

在核科学与应用技术领域，³He粒子诱发的核反应长期以来因实验数据匮乏制约着相关核模型的发展。天然银作为重要的靶材料，其反应截面数据对医用放射性核素生产、工业示踪剂开发乃至恒星核合成过程模拟都至关重要。然而现有文献中，关于³He轰击天然银产生^104-111Ag、^107-111In等核素的系统研究屈指可数，且不同实验室数据存在显著分歧。更关键的是，主流核反应模型如EMPIRE和TENDL对这些反应的预测尚未经过充分实验验证，制约着相关技术的转化应用。

针对这一科学瓶颈，匈牙利科学院核研究所（ATOMKI）联合埃及科学研究技术院的团队在《Applied Radiation and Isotopes》发表了突破性研究。研究人员采用经典的堆叠箔活化技术，利用MGC-20回旋加速器产生能量梯度为27 MeV至阈能的³He束流，通过交替排列的天然银靶箔（纯度99.99%）和钛监测箔构建照射堆栈。实验创新性地引入SRIM-2013程序精确计算能量衰减，并采用高纯锗γ谱仪结合最新核素衰变数据库进行产物分析。理论计算方面，同时采用EMPIRE-3.2.3代码和TENDL-2023数据库进行预测比对。

核模型验证与数据一致性
研究发现^107gIn（半衰期32.4分钟）在20 MeV附近出现截面峰值（约450 mb），与TENDL预测偏差达35%，而EMPIRE对^110mAg（半衰期249.8天）的预测则高估实验值2倍。特别值得注意的是，医用重要核素^111gIn的激发函数曲线首次在³He反应中获得完整测量，其171.28 keV γ射线产额数据修正了早期文献20%的系统偏差。

医用同位素生产潜力
厚靶产额计算显示，^107gIn和^108mIn（半衰期39.6分钟）在15-20 MeV能量区间的饱和产额分别达到1.2 MBq/μAh和0.8 MBq/μAh，但该产量仅为质子诱发反应的1/10。研究同时证实^105gAg（半衰期41.29天）的280.5 keV γ射线适合薄层活化技术（TLA）的长期磨损监测，但其截面峰值仅180 mb，经济性远低于传统质子路线。

天体物理启示
在7-12 MeV低能区，¹⁰⁹Cd（半衰期462.6天）的实验截面显著偏离统计模型预测，该异常可能与³He+¹⁰⁹Ag系统的预平衡反应机制有关，为恒星s-过程核合成研究提供了新的约束条件。

这项研究通过12组精确测量的激发函数，不仅解决了长期存在的核数据争议，更揭示了当前核反应模型在³He入射道处理的系统性缺陷。尽管证实了³He路线在实用化生产中的局限性，但获得的核素产额谱为开发新型多粒子束流组合照射方案奠定了基础。特别值得关注的是，^108mIn等短寿命核素的精确截面数据，为发展实时PET（正电子发射断层扫描）动态示踪技术提供了关键参数。从更宏观视角看，这些实验结果为修订国际核数据库、完善带电粒子反应理论模型提供了不可替代的基准数据集，将显著提升核天体物理中轻离子反应网络的计算可靠性。