Optimization of 99mTc proton-induced production by means of cross-section measurements of technetium radioisotopes from molybdenum targets
本研究通过测量质子诱导钼靶的截面，优化了加速器制备医用放射性核素 Tc 的工艺，确定了 16 MeV 质子和 0.5 mm 富集 Mo 靶为实现 1.7 GBq/A 产率且符合欧洲药典标准的核素纯度的理想条件。
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在医学成像领域，有一种放射性元素作为医生的可靠向导。这种被称为锝-99m（technetium-99m）的物质是核医学中的主力军，每年被用于数百万次扫描，以帮助可视化人体内的心脏、骨骼和器官。它的价值在于一种完美的平衡：它发射一种相机可以轻松检测到的特定能量，同时又能在体内足够快地消失，从而使患者接受的辐射量保持在较低水平。几十年来，这一至关重要的工具一直依赖于一条脆弱的链条进行供应。医院从“发生器”中接收它，这些发生器本质上是由一种被称为钼-99（molybdenum-99）的母元素充电的放射性电池。而这种母元素是通过在大型核反应堆内分裂铀原子而产生的。然而，这些反应堆正在老化，频繁的故障导致了供应短缺的历史，使医院面临无法进行所需扫描的困境。这种脆弱性促使科学家寻找一种不同的制造药物的方法，一种不依赖于老化反应堆或分裂重原子的方法。
正在探索的解决方案涉及使用粒子加速器，特别是医疗回旋加速器，这些机器已经存在于许多医院中，用于制造其他类型的癌症疗法。与其分裂原子，不如利用这些机器将质子撞击到由特定版本的钼制成的靶材上，从而直接制造出所需的锝。挑战在于找到实现这一过程的高效精确设置。如果能量太低，则不会发生任何反应；如果能量太高，则会产生可能导致药物对患者不安全的、不希望看到的放射性副产物。来自瑞士和乌克兰的一个研究小组致力于解决这个难题，他们通过测量不同版本的钼在受到不同速度质子撞击时的反应来开展工作。他们没有依赖计算机猜测或相互矛盾的旧数据，而是制造了小型、坚固的钼靶，其中一些由自然界中发现的天然混合物组成，另一些则由高度纯化的特定同位素版本组成。他们在伯尔尼大学的一个专门设施内，将质子束射向这些靶材，并仔细控制粒子的速度和暴露时间。
在轰击之后，研究人员以极高的精度测量了靶材发出的辐射。他们追踪了��etium及其各种放射性“兄弟”的生成情况，记录了在不同能量水平下每种物质的具体产量。这个过程就像是在调频收音机以寻找最清晰的信号，同时尽量减少静电干扰；他们需要找到特定的质子能量，使其在产生最多的有用的锝-99m的同时，产生最少的无用杂质。他们的测量结果显示，科学库中的现有数据经常低估或高估了这些反应的工作方式。通过使用数学方法分离不同起始材料的贡献，他们绘制出了高达1800万电子伏特能量下的真实反应行为图谱。他们发现，当质子束在撞击靶材之前稍微减速，而不是以机器的最大速度撞击时，反应效果最好。
该研究确定了一个“甜点区”（最佳状态）。他们确定，使用厚度约为半毫米的高度富集钼-100靶材，并用能量约为16 MeV的质子进行轰击，能获得最佳结果。在这种条件下，医疗回旋加速器运行十小时，每微安束流可以产生约1.7 GBq（吉伽贝克勒尔）的有用的锝。至关重要的是，这种设置使放射性杂质的水平远低于欧洲卫生当局设定的严格安全限制。最显著的杂质是一种短寿命版本的锝，它会迅速消失，而长寿命的污染物则保持在可以忽略不计的水平。为了证明他们的发现不仅仅是理论性的，研究小组使用这些优化后的设置进行了实际的生产运行。结果与他们的计算几乎完全吻上了，证实了这种方法是可靠且可行的。
这项工作为医院生产自有的这种必需医学同位素提供了清晰、经过测试的路线图。它表明，只要拥有正确的设备和精确的设置，全球锝-99m的供应可以变得更加安全，并独立于老化的核反应堆网络。研究人员已经证明，前进的道路并非遥不可及的梦想，而是一个基于硬数据并经过现实世界测试验证的切实可行的现实。通过定义所需的精确能量和靶材厚度，他们消除了猜测，让医疗中心能够为一个即便在远方发电厂状态不明的情况下，也能确保这种救命诊断工具始终可用的未来进行规划。
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