مطالعه و امکان سنجی تولید ایریدیم - 192 به روش مونت کارلو با استفاده از واکنش (_77^191)Ir(n,γ)(_77^192)Ir

کاکاوند, طیب; بدری, مجتبی; سلمانی آرمیده, رضا; کاسه ساز, یاسر; ابطحی, سیدمحمدمهدی

doi:10.22055/jrmbs.2024.19751

مطالعه و امکان سنجی تولید ایریدیم - 192 به روش مونت کارلو با استفاده از واکنش (_77^191)Ir(n,γ)(_77^192)Ir

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

² گروه فیزیک تجربی و کاربردی، پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

³ گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

⁴ پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

10.22055/jrmbs.2024.19751

چکیده

در این مقاله امکان سنجی تولید رادیوایزوتوپ ایریدیوم – 192، که از چشمه‌های مورد استفاده در براکی تراپی می‌باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور افزایش بهرة تولید و درصد خلوص بالای این محصول، پارامترهای تولید مستقیم این رادیوایزوتوپ مطابق واکنش ¹⁹¹ Ir (n, γ)¹⁹² Ir مورد مطالعه قرار گرفت. تعیین مکان بهینه پرتودهی با توجه به شار نوترونی و سطح مقطع واکنش نوترونی با مادة هدف، اهمیت فراوان دارد. با تحلیل طیف تجربی نوترون‌های خروجی از راکتور و همچنین شبیه‌سازی راکتور بوسیله کد MCNPX، اطلاعات دقیقی از شار و طیف نوترون‌های حرارتی و محل‌های پرتودهی به‌‌دست آمد. محاسبات مربوط به شار نوترون‌های حرارتی به‌صورت تئوری با استفاده از شبیه‌سازی انجام شده است. با در نظر گرفتن اطلاعات به‌دست آمده از شبیه‌سازی انجام شده و مقایسه با نمودار تجربی سطح مقطع واکنش، مکان بهینه پرتودهی برای تولید رادیوایزوتوپ ایریدیوم - 192 مشخص شد. همچنین با مقایسه نتایج شبیه‌سازی به‌دست آمده‌ مربوط به فعالیت نهایی در مکان‌های مختلف راکتور، مکان بهینه برای تولید ایریدیوم - 192 با بیشترین فعالیت نیز تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

فیزیک هسته ای

عنوان مقاله [English]

Monte Carlo study on production of Iridium-192 production via (_77^191)Ir(n,γ)(_77^192)Ir reaction

نویسندگان [English]

Tayeb Kakavand ¹
Mojtaba Badri ²
Reza Salmani Aramideh ³
Yaser Kasesaz ⁴
Seyed Mohammad Mahdi Abtahi ¹

¹ Department of Physics, Faculty of Basic Sciences, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

² Department of Experimental and Applied Physics, Physics and Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran

³ 3Department of Physics, Faculty of Basic Sciences, Zanjan University, Zanjan, Iran

⁴ Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Organization of Iran, Tehran, Iran.

چکیده [English]

The feasibility of producing the iridium-192 radioisotope has been investigated in this work. Iridium-192 has various applications in nuclear medicine, particularly in brachytherapy. To increase the production yield and the high purity of this product, the direct production parameters of this radioisotope were studied based on the ¹⁹¹Ir (n,γ) ¹⁹²Ir reaction. It is crucial to determine the appropriate irradiation location according to the neutron flux and the cross-section of the neutron reaction with the target material. By analyzing the experimental spectrum of neutrons exiting the reactor, as well as simulating the reactor using the MCNPX code, detailed information was obtained on the flux and spectrum of thermal neutrons and the irradiation sites. Calculations related to the flux of thermal neutrons were performed both theoretically and through simulation. Considering the information obtained from the simulation and comparing it with the experimental diagram of the reaction cross-section, the optimal irradiation site for the production of iridium-192 was determined. By comparing the simulation results related to the final activity at different reactor locations, the best site for producing iridium-192 with the highest activity was also identified.

کلیدواژه‌ها [English]

Iridium-192 Radioisotope
Simulation
Brachy Therapy
MCNPX code
Neutron Irradiation

مراجع

[1] Nuclear Data for the Production of Therapeutic Radionuclides, International Atomic Energy Agency, Vienna, (2012). https://www.iaea.org/publications/8522/nuclear-data-for-the-production-of-therapeutic-radionuclides

[2] H. Do Huh, S. Kim, History of radiation therapy technology, Progress in Medical Physics, 31 (2020) 124-134. DOI:10.14316/pmp.2020.31.3.124

[3] K. Hilgers, S. Sudar, S. Qaim, Experimental study and nuclear model calculations on the ¹⁹²Os (p, n) ¹⁹²Ir reaction: Comparison of reactor and cyclotron production of the therapeutic radionuclide 192Ir, Applied radiation and isotopes, 63 (2005) 93-98. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2004.12.010

[4] F. Tárkányi, F. Ditrói, S. Takács, J. Csikai, A. Hermanne, M. Uddin, M. Hagiwara, M. Baba, Y.N. Shubin, A. Dityuk, Activation cross-sections of light ion induced nuclear reactions on platinum: proton induced reactions, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 226 (2004) 473-489. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.06.042

[5] F. Tárkányi, A. Hermanne, S. Takacs, K. Hilgers, S. Kovalev, A. Ignatyuk, S. Qaim, Study of the ¹⁹²Os (d, 2n) reaction for production of the therapeutic radionuclide ¹⁹²Ir in no-carrier added form, Applied Radiation and Isotopes, 65 (2007) 1215-1220. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2007.06.007

[6] S. Qaim, K. Hilgers, S. Sudár, H. Coenen, Excitation function of the ¹⁹²Os (3He, 4n)-reaction for production of ¹⁹¹Pt, Applied radiation and isotopes, 67 (2009) 1074-1077. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804308005162

[7] N. Salek, M. Jamre, L. Moghaddam, A.R. Jalilian, M. Shamsaee, Feasibility and improvement in production of ¹⁹¹Os/^191mIr generator by Tehran Research Reactor (TRR), Annals of Nuclear Energy, 40 (2012) 194-199. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.09.019

[8] C.R. King, LDR vs. HDR brachytherapy for localized prostate cancer: the view from radiobiological models, Brachytherapy, 1 (2002) 219-226. https://doi.org/10.1016/S1538-4721(02)00101-0

[9] M. Mohammadi, A. Ghahremani, The Production of Iridium-192 for Brachytherapy in Iran Atomic Energy Agency, DOI (2002). [In Persian]. http://sjh.umsha.ac.ir/article-1-759-en.html

[10] L. Snoj, Calculation of Power Density with MCNP in TRIGA reactor, (2006). https://api.semanticscholar.org/CorpusID:53078072

[11] Y. Kasesaz, H. Khalafi, F. Rahmani, Design of an epithermal neutron beam for BNCT in thermal column of Tehran research reactor, Annals of Nuclear Energy, 68 (2014) 234-238. DOI:10.1016/j.anucene.2014.01.014

[12] Y. Kasesaz, H. Khalafi, F. Rahmani, A. Ezati, M. Keyvani, A. Hossnirokh, M.A. Shamami, M. Monshizadeh, A feasibility study of the Tehran research reactor as a neutron source for BNCT, Applied Radiation and Isotopes, 90 (2014) 132-137. DOI: 10.1016/j.apradiso.2014.03.028

[13] Manual for Reactor Produced Radioisotopes, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Vienna, 2003. https://www.iaea.org/publications/6407/manual-for-reactor-produced-radioisotopes

[14] Y. Kasesaz, MCNP nuclear simulator code, Publishers, 2013. [In Persian]

[15] S. Abtahi, M. Zahmatkesh, H. Khalafi, Investigation of an improved MAA-based polymer gel for thermal neutron dosimetry, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 307 (2016) 855-868. DOI:10.1007/s10967-015-4469-7

[16] W. Wilson, S. Cowell, T. England, A. Hayes, P. Moller, A Manual for CINDER’90 Version 07.4 Codes and Data la-UR-07-8412, Los Alamos National Laboratory, 2008.

[17] H. Pournaimi, Investigating parameters affecting the production of iridium-192 in Tehran research reactor, Faculty of Technical and Engineering, Islamic Azad University Research Sciences Unit, 2014. [In Persian]

[18] Manual for Reactor Produced Radioisotopes, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Vienna, 2003. https://www.iaea.org/publications/6407/manual-for-reactor-produced-radioisotopes

[19] M.E. Rostelato, C.P. Silva, P.R. Rela, C.A. Zeituni, V. Lepki, A. Feher, Iridium-192 Production for Cancer Treatment, Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares-Comissao Nacional de Energia, 2004. https://www.osti.gov/biblio/840203

[20] M. Mohammadi, A. Ghahremani, The Production of Iridium-192 for Brachytherapy in Iran Atomic Energy Agency, Avicenna Journal of Clinical Medicine, 9 (2002) 0-0. http://sjh.umsha.ac.ir/article-1-759-fa.html