Nükleer tıpta kullanılan bazı radyoizotopların üretim tesir kesitleri ile bazı hedef çekirdekler için farklı nükleer reaksiyonlarda parçacık yayınlanma spektrumları ve diferansiyel tesir kesitlerinin incelenmesi
Investigation of the production cross-sections for some radioisotopes used in nuclear medicine with the particle emission spectra and differential cross- sections in different nuclear reactions for some target nuclei
Yazar: TUĞÇE GÜLÜMSER
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH KAPLAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Benzetim programları = Simulation programs ; Klasik fizik = Classical physics ; Nükleer reaksiyonlar = Nuclear reactions ; Nükleer tıp = Nuclear medicine ; Radyoizotoplar = Radioisotopes ; Tıbbi fizik = Medical physics

Özet:
Teorik hesaplamalar; nükleer fizik, medikal fizik, dedektör tasarımı ve daha birçok alanda, maliyeti yüksek deneylerin tasarlanması ve analizinde önemli bir çözüm aracı olmuştur ve bu analizler, demet enerjisi belirli bir parçacığın, hangi açılarda saçılabileceğinin veya hangi enerjilerde reaksiyon oluşturabileceğinin  belirlenmesi için önemlidir. Hesaplamalarda; üretim, yayınlanma ve diferansiyel tesir kesitleri, deneysel ve teorik çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Nükleer tıp uygulamalarının, bilimsel ve teknolojik yeniliklere uyum sağlayarak gelişebilmesi ve ilerleyebilmesi için bu alanda kullanılan radyoizotopların üretim teknolojisinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılması da bir gerekliliktir. Bu amaçla bu çalışmada, nükleer tıp alanında teşhis ve tedavi amacıyla kullanılabilen 24Na, 28Mg, 32P, 47Ca, 51Cr, 55,59Fe,  64Cu, 99mTc, 131I ve 198Au radyoizotoplarının farklı parçacık gelme enerjilerinde proton, nötron, alfa,  döteron, helion ve foton girişli reaksiyonlarının üretim tesir kesitleri ile bu radyoizotopların üretilmesinde kullanılan bazı reaksiyonlardaki hedef çekirdekler için yayınlanma spektrumları ve diferansiyel tesir kesitleri, teorik nükleer reaksiyon modelleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca üretim tesir kesitlerinin hesaplanmasıyla, üretim rotalarına yönelik optimum enerji aralıkları ve reaksiyonun gerçekleşme enerjilerini ifade eden Q-değerleri belirlenmiştir. Ardından deneysel verilere en yakın model, göreli varyans analizi metoduyla hesaplanmıştır. Bu çalışmanın amacına yönelik olarak; bilim insanları tarafından farklı ihtiyaçlara cevap verebilecek şekilde geliştirilmiş olan pek çok bilgisayar destekli hesaplama ve benzetim programlarından literatürde oldukça sık kullanılan ve deneysel verilerin olmadığı durumlar için hesaplama sonuçları kabul edilebilen TALYS ve EMPIRE programları kullanılmıştır. Hesaplamalar bu nükleer reaksiyon programları sayesinde, denge ve denge-öncesi modellerle gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, Uluslararası Deneysel Nükleer Veri Kütüphanesi (Experimental Nuclear Reaction Data - EXFOR) veri tabanından alınan deneysel veriler ile karşılaştırılarak grafikleştirilmiştir. Çalışmanın son bölümünde, deneysel verilere en yakın sonuçların alındığı model ile verim ve aktivite hesaplamaları yapılmıştır. Verim ve aktivite hesapları sayesinde bu çalışmada, nükleer tıpta teşhis ve tedavide büyük öneme sahip olan bazı radyoizotoplar için verimi yüksek, farklı üretim rotaları önerilmiştir.

Abstract:
Theoretical calculations have been an important tool in the design and analysis of costly experiments in nuclear physics, medical physics, detector design, and many other fields, and these analyses are important for predetermining specific beam energy particles' at what angles they can scatter, or at which energies a reaction can occur. In calculations, production, emission, and differential cross-sections are widely used in experimental and theoretical studies. In order for nuclear medicine applications to develop and progress by adapting to scientific and technological innovations, it is also a necessity to carry out studies on the production technology of radioisotopes used in this field. For this purpose in this study, radioisotopes of 24Na, 28Mg, 32P, 47Ca, 51Cr, 55,59Fe, 64Cu, 99mTc, 131I and 198Au, which can be used for diagnosis and treatment in the field of nuclear medicine, production cross-sections of proton, neutron, alpha, deuteron, helion and photon input reactions at different particle incident energies, emission spectra and differential cross-sections for some target nuclei in reactions used in the production of these radioisotopes were investigated using theoretical nuclear reaction models.  In addition, by calculating the production cross-sections, the optimum energy ranges for the production routes and the Q-values expressing the realization energies of the reaction were determined.  Then, the model closest to the experimental data was calculated using the relative variance analysis method. For the purpose of the study; among the many computer-aided calculation and simulation programs developed by scientists to meet different needs, TALYS and EMPIRE programs, which are frequently used in the literature and whose calculation results can be accepted for cases where experimental data are not available, have been used. Calculations were performed with equilibrium and pre-equilibrium models thanks to nuclear reaction programs. The obtained results are graphed by comparing them with the experimental data from the International Experimental Nuclear Reaction Data (EXFOR) database. In the last part of the study, yield and activity calculations were made with the model in which the closest results to the experimental data were obtained. Thanks to the yield and activity calculations in this study, different production routes with high efficiency have been proposed for some radioisotopes, which have great importance in diagnosis and treatment in nuclear medicine.