EYYÜP TEL, ABDULLAH KAPLAN* ve EMİNE GAMZE AYDIN** PROTON HIZLANDIRICISI KULLANILARAK BAZI TIBBİ RADYOİZOTOPLARIN ÜRETİLEBİLİRLİLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI EYYÜP TEL, ABDULLAH KAPLAN* ve EMİNE GAMZE AYDIN** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA *Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ISPARTA ** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA

Giriş Radyoterapi ve radyoizotop üretimi amacıyla kullanılan hızlandırıcıların rolü tıbbi alanda önemlidir. Tıpta teşhis ve tedavi amacıyla kullanılan PET (Positron Emission Tomography) ve SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) izotoplarının üretimi nükleer reaksiyon yoluyla olmaktadır.

Tıbbi uygulamaların amacı; yapay radyoizotoplar kullanılarak, insan organizmasını araştırmak, hastalıklara tanı koyabilmek ve tedavi etmektir. Bu işlevdeki en önemli bileşen, şüphesiz yapay radyoizotoplardır [1].

PET (Positron Emission Tomography)

Bu bakımdan, nükleer reaksiyon tesir kesiti verilerinin önemi radyoizotop üretim programlarında iyi bilinmektedir[2-4]. Genel olarak, bu veriler veri üretim sürecini iyileştirmek ve istenen ürünün en fazla olması için gereklidir. Radyoizotop üretiminde eldeki nükleer veri tabanı oldukça güçlü olmalıdır. Bugün; literatürde, üretim reaksiyonlarında kullanılan birçok değerlendirilmiş tesir kesiti hesaplamaları mevcuttur [5,6].

Son yıllarda bu radyoizotopların üretiminde ve kullanılmasında oldukça başarı sağlanmış ve bunun sonucunda yeni uygulama alanları ortaya çıkmıştır. Tıbbi radyoizotopların üretilmesinde proton demetinin enerjisi ve akısının tespit edilebilmesinde, bu üretimde kullanılan reaksiyonların tesir kesitlerinin bilinmesi gerekir [7].

Bu çalışmada, 5-40 MeV proton gelme enerji aralığında PET (Positron Emission Tomography) radyoizotoplarından olan; 18F, 62Cu ve 68Ga radyoizotoplarının üretilebilirliliğinin araştırılması amacıyla; 18O(p,n)18F, 62Ni(p,n)62Cu ve 68Zn(p,n)68Ga reaksiyonlarının proton giriş reaksiyon tesir kesitleri, denge ve denge öncesi modellerle hesaplanmıştır.

Hesaplamalarda; Denge durumu için, Weisskopf- Ewing Model Denge öncesi etkileri incelemek için ise; Hibrid Model Geometri Bağımlı Hibrid Model Cascade Exciton Model Full Exciton Model kullanıldı. 5-40 MeV gelme enerjili protonlar için deneysel tesir kesitleri literatürden ve Deneysel Nükleer Reaksiyon Data (EXFOR/CSISRS) kütüphanesinden elde edildi. Deneysel veriler ile teorik hesaplamalar karşılaştırıldı ve üretim verimliliğinin optimum enerji aralıkları belirlendi.

Hesaplamalar Reaksiyon sistematikleri, teorik modeller kullanılarak tesir kesiti hesaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır [11, 12, 13]. 18O(p,n)18F, 62Ni(p,n)62Cu ve 68Zn(p,n)68Ga reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri nükleer reaksiyon modelleri kullanılarak hesaplandı. Hesaplamalar; CEM95[17] (Cascade Exciton Modeli için) ALICE/LIVERMORE-82[10] (Hibrid ve Geometri Bağımlı Hibrid Model için), PCROSS[18] (Full-Exciton Model ve Weisskopf-Ewing Model için) paket programlarıyla yapıldı. Programlar NEA DATA BANK ‘tan temin edildi.

Sonuçlar Şekil 1. 18O(p,n)18F reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [19, 20] den alınmıştır.

18O(p,n)18F reaksiyonunun reaksiyon tesir kesitleri hesaplanarak, deneysel değerlerle karşılaştırılmıştır. Kitwanga et al. [19] ve Hess et al. [20] in deneysel değerleri birbirleriyle uyumlu olup, Weisskopf-Ewing model hesaplamaları, proton gelme enerjisi 5 MeV’den düşük enerjilerde Hess et al. [20]’in değerleriyle uyumludur. 10-12 MeV’den sonra full exciton model hesaplamaları Weisskopf-Ewing model hesaplamalarına göre deneysel değerlere daha yakındır. Geometri bağımlı hibrid model ve hibrid model hesaplamaları, 5 MeV’den sonra deneysel değerlerle uyumludur. Düşük enerjiler dışında, Cascade Exiton Model hesaplamaları da deneysel değerlerle uyum içerisindedir.

Şekil 2. 62Ni(p,n)62Cu reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [21, 22, 23] den alınmıştır.

62Ni(p,n)62Cu reaksiyonunun reaksiyon tesir kesiti hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması Şekil 2’de verilmiştir. Weisskopf-Ewing model hesaplamaları yüksek enerjiler haricinde, Levkovski [22]’nin deneysel değerleriyle uyumludur. Full exciton model hesapları da yine yüksek enerjiler dışında, Tanaka et al. [23]’nın değerleriyle uyumludur. Geometri bağımlı hibrid model ve hibrid model hesaplamaları, Piel et al. [21]’in hesaplamalarıyla düşük enerjilerde uygunluk göstermektedir. Cascade exciton modeli 8-15 MeV proton gelme enerji aralığında Levkovski [22]’nin deneysel değerleriyle, 8-15 MeV’den sonra ise, Levkovski [22] and Piel et al. [21]’in değerleriyle uyumludur.

Şekil 3. 68Zn(p,n)68Ga reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [22, 24, 25] den alınmıştır.

68Zn(p,n)68Ga reaksiyonunun reaksiyon tesir kesiti hesaplamalarının Levkovski [22], Szelecsenyi et al. [24] ve Hille et al. [25] deneysel değerleriyle karşılaştırılması Şekil 3’de verilmiştir. Weisskopf-Ewing model ve Full exciton model hesaplamaları 15 MeV’ye kadar deneysel değerlerle uyumludur. Geometri bağımlı hibrid model ve hibrid model hesaplamaları 5-30 MeV enerji aralığında deneysel değerlerle uyum içerinde olup, bu enerji aralığında; cascade exciton model hesaplamaları en iyi uyum göstermektedir.

Tartışma 18F radyoizotopunun üretimi için küçük bir siklotron yeterli olup; optimum enerji aralığı da, Ep= 10  6 MeV dir. 62Cu radyoizotopunun üretimi için küçük bir siklotron yeterli olup; optimum enerji aralığı da, Ep= 12  8 MeV dir. 68Ga radyoizotopunun üretimi için küçük bir siklotron yeterli olup; optimum enerji aralığı da, Ep= 14  8 MeV dir.

Referanslar [1] H. Baylan, I. Ulusal Parç. Hız. ve Uyg. Kong. TAEK (2001). [2] S. M. Qaim, Radiochim. Acta 89 (2001) 189. [3] S. M. Qaim, Radiochim. Acta 89 (2001) 223. [4] S. M. Qaim, Radiochim. Acta 89 (2001) 297. [5] K. Gul, et al., IAEA-TEC DOC-1211 (2001). [6] S. M. Qaim, J. Nucl. Sci. and Tech.2, (2002) 1272. [7] P. Oblozinsky, INDC-(NDS)-349 IAEA Vienna (1995). [8] E. Tel, İ. Demirkol, A. Arasoğlu, B. Şarer, Mod. Phys.Lett. A Vol: 19 No:22 (2004). [9] K. K. Gudima, S. G. Mashnik and V. D. Toneev, Nucl. Phys. A 401 (1983) 329. [10] M. Blann and J. Bisplinghoff, ‘‘CODE ALICE/LIVERMORE 82,’’ UCID-19614 (1982). [11] İ. Demirkol, E. Tel, A. Arasoglu, A. Özmen, B. Sarer, A. Acir, M. Alkan Nucl. Sci. And Eng. Vol: 147 No: 1, (2004) 83. [12] E.Tel , Ş. Okuducu, A. Aydın, B. Şarer, G. Tanır, Acta Phys. Slov., Vol 54, No.2, (2004) 191. [13] E. Tel, B. Şarer, Ş. Okuducu, A. Aydın and G. Tanır, J. Phys.G: Nucl. Part. Phys., 29 (2003) 2169. [14] V. MCLANE, CSISRS experimental nuclear data file, National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/ (1997). [15] V. F. Weisskopf, D. H. Ewing, Phys. Rev. 57 (1940) 472. [16] W. Hauser, H. Feshbach, Phys. Rev. 87 (1952) 366. [17] S. G. Mashnik, ‘‘CODE CEM95 ’’ .Bogoliubov Laboratory of Theoritical Physics, Joint Institute for nuclear research. Dubna,Moskow, 141980, Russia. [18] R. Capote, V. Osorio, R. Lopez, E. Herrara and M. Piris, 5472/RB, Higher Institute of Nuclear Science and Tecnology,Cuba, (PCROSS program code) (1991).INDC (CUB-004). [19] S. W. Kitwanga, P. Leleux, P. Lipnik, J, Vanhorenbeeck, Phys. Rev. C 42 (1990) 748.[20] E. Hess, S. Takacs, B. Scholten, F. Tarkanyi, H. H. Coenen, S. M. Qaim, Radiochim. Acta 89 (2001) 357. [21] H. Piel, S. M. Qaim, S. G. Stöcklin, Radiochim. Acta 57 (1992) 1. [22] B. Levkovski, Act. Cs. By Protons and Alphas, Moskow, (EXFOR CODE: #A0510) (1991).[23] S. Tanaka, M. Furukawa, M. Chiba, J. Inorg. Nucl. Chem. 34 (1972) 2419.[24] F. Szelecsenyi, T. E. Boothe, S. Takacs, F. Tarkanyi, E. Tavano, Appl. Radiat. Isotopes 49 (1998) 1005.[25] M. Hille, P. Hille, M. Uhl, W. Weisz, Nucl. Phys. A 198 (1972) 625

TEŞEKKÜRLER