Cyclotron production of 67Cu: A new measurement of the 68Zn(p,2p)67Cu, 68Zn(p,2n)67Ga and 68Zn(p,3n)66Ga nuclear cross sections

ABSTRACT

The cross sections of the 68Zn(p,2p)67Cu,68Zn(p,2n)67Ga and 68Zn(p,3n)66Ga reactions were measured at the ARRONAX facility by using the 70 MeV cyclotron, with particular attention to the production of the theranostic radionuclide 67Cu. Enriched 68Zn material was electroplated on silver backing and exposed to alow-intensity proton beam by using the stacked-foils target method. Since 67Cu and 67Ga radionuclides have similar half-lives and same γ-lines (they both decay to 67Zn), a radiochemical process aimed at Cu/Ga separation was mandatory to avoid interferences in γ-spectrometry measurements. A simple chemical procedure having a high separation efficiency (>99%)was developed and monitored during each foil processing, thanks to the tracer isotopes 61Cu and 66Ga.Nuclear cross sections were measured in the energy range 35-70 MeV by using reference reactions recommended by the International Atomic Energy Agency (IAEA) to monitor beam flux. In comparison with literature data a general good agreement on the trend of the nuclear reactions was noted, especially with latest measurements, but slightly lower values were obtained in case of 67Cu. Experimental results of the 68Zn(p,2p)67Cu,68Zn(p,2n)67Ga and 68Zn(p,3n)66Ga reactions were also compared with the theoretical values estimated by using the nuclear reaction code TALYS. The production yield of the theranostic radionuclide 67Cu was estimated considering the results obtained in this work.

RESUMEN

Las secciones eficaces de las reacciones 68Zn (p, 2p) 67Cu, 68Zn (p, 2n) 67Ga y 68Zn (p, 3n) 66Ga se midieron en la instalación ARRONAX utilizando el ciclotrón 70 MeV, con especial atención a la producción del radionucleidos teranóstico 67Cu. El material enriquecido 68Zn se galvanizó sobre soporte de plata y se expuso a un haz de protones de baja intensidad utilizando un blanco de láminas apiladas. Como los radionucleidos 67Cu y 67Ga tienen periodos de semidesintegración y líneas γ similares (ambos se desintegran a 67Zn), un proceso radioquímico dirigido a la separación Cu / Ga fue obligatorio para evitar interferencias en las mediciones de espectrometría γ. Se desarrolló un procedimiento químico simple con una alta eficiencia de separación (> 99%) durante cada procesamiento de la lámina, gracias a los isótopos trazadores 61Cu y 66Ga. Las secciones eficaces nucleares se midieron en el rango de energía de 35-70 MeV utilizando reacciones de referencia recomendadas por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) para monitorear el flujo del haz. Al comparar con los datos de la literatura, se observó una buena concordancia en general con la tendencia de las reacciones nucleares, particularmente con las últimas mediciones, pero se obtuvieron valores ligeramente inferiores en el caso de 67Cu. Los resultados experimentales de las reacciones 68Zn (p, 2p) 67Cu, 68Zn (p, 2n) 67Ga y 68Zn (p, 3n) 66Ga también se compararon con los valores teóricos estimados usando el código de reacción nuclear TALYS. El rendimiento de producción del radionucleido teranóstico 67Cu se estimó considerando los resultados obtenidos en este trabajo.