利用GEANT4、TALYS和EMPIRE代码对用于医疗领域的正电子发射放射性核素128Cs的生成路径进行基于模拟的研究

《Scientific Reports》：A simulation-based investigation of the production routes of the positron-emitting radionuclide 128Cs using GEANT4, TALYS, and EMPIRE codes for medical applications

　　

摘要

由于128Cs具有3.62分钟的合适半衰期以及正电子发射特性（β+衰变概率为61%，β+粒子能量为2.885 MeV），因此它是用于正电子发射断层扫描（PET）成像的理想放射性核素。在本研究中，通过蒙特卡罗GEANT4-10.7工具包、SRIM-2013-Pro代码、EMPIRE-3.2.3软件以及TALYS-2.0程序包，预测了通过间接反应133Cs(p,6n)128Ba→128Cs，以及两种新的直接反应127I(3He,2n)128Cs和127Xe(d, n)128Cs来生成128Cs的可能性。利用GEANT4和SRIM代码计算了质子、氘核和3He粒子在133Cs、127Xe和127I靶标中的射程和阻尼值。此外，还借助GEANT4、EMPIRE和TALYS（包括OMPs、BSFGM、CGCM和GSM模型）代码计算了这些反应的截面。为了确定上述反应的生成效率，分别选择了133Cs(p,6n)128Ba→128Cs、127I(3He,2n)128Cs和127Xe(d, n)128Cs反应的最佳能量范围：48–68 MeV、5–10 MeV和9–20 MeV。将以往实验测得的133Cs(p,6n)128Ba→128Cs反应的截面和生成效率与本次通过GEANT4、TALYS和EMPIRE代码模拟得到的数值进行了比较，结果显示实验数据与模拟值之间存在良好的一致性。这一良好吻合度证明，在实际进行相关核反应之前，运用GEANT4、SRIM、TALYS和EMPIRE等核物理计算代码对反应进行模拟研究是一种有效的方法。