质子加速器辐照天然钼靶的辐射环境研究：99mTc生产的创新路径与辐射防护策略

本文推荐：该研究聚焦质子加速器辐照天然钼（natMo）靶生产99mTc的辐射环境量化，填补了该领域次级辐射（中子/光子）能谱与剂量当量的研究空白。通过8-22 MeV质子轰击实验，揭示了中子剂量主导现象及能量分布特征，为紧凑型加速器设施（如LINAC）的屏蔽设计及退役规划提供关键数据，助力打破传统反应堆（HEU/LEU）技术对99Mo全球供应的垄断。

　　

Highlight

材料与方法

实验在印度BARC-TIFR Pelletron直线加速器设施（PLF）的6米端口进行，采用多靶装置（Paul等，2014）。使用3毫米厚、纯度99.9%的天然钼靶（^natMo），其同位素组成为：⁹²Mo（14.53%）、⁹⁴Mo（9.15%）、⁹⁵Mo（15.84%）、⁹⁶Mo（16.67%）、⁹⁷Mo（9.60%）、⁹⁸Mo（24.39%）和¹⁰⁰Mo（9.82%）。基于SRIM程序（Ziegler等，2010）计算，22 MeV质子在钼中的射程为914.78微米，确保靶厚足以实现完全能量沉积。

结果与讨论

研究发现：

1. 1.

   中子剂量优势：在所有质子能量（8-22 MeV）下，中子环境剂量当量显著高于光子，且中子峰能量几乎不随入射质子能量变化。

2. 2.

   能量依赖性：中子注量随质子能量提升呈指数增长，8 MeV至22 MeV时增强60倍；光子剂量当量率增长超30倍。

3. 3.

   能谱特征：中子能谱呈现典型连续分布，而光子能谱在特定能量区间出现特征峰，可能与核激发态退激有关。

结论

当前全球⁹⁹Mo供应高度依赖高龄化高浓铀（HEU）反应堆，加速器路径（如质子诱导¹⁰⁰Mo(p,2n)^99mTc反应）可提供分布式、低成本的替代方案。本研究量化了次级辐射风险，为未来紧凑型加速器设施的设计提供关键辐射防护参数，特别是中子屏蔽优化需求。

作者贡献声明

Sabyasachi Paul：主导实验设计、数据分析及论文撰写；G.S. Sahoo参与辐射测量；P. Srinivasan负责软件分析；P. Chaudhury统筹项目资源。全体作者声明无利益冲突。

致谢

感谢BARC-TIFR Pelletron设施团队的支持，实验由印度原子能部资助（项目编号RTI 4002）。