This paper is concerned with new methods for producing the medical isotope $^{99}mTc$ using laser-Compton-scattering (LCS) photons. First, we investigate the processes and basic principles of $^{99}mTc$ photoproduction based on the giant dipole resonance (GDR) (γ, n) and nuclear resonance fluorescence (NRF) (γ, γ`) reactions. The GDR reaction produces $^{99}mTc$ by way of a (γ, n) reaction with the $^{100}Mo$ target. The GDR cross sections for relevant Mo isotopes are reported and discussed. In the case of the NRF reaction, $^{99}mTc$ is generated directly from the excitation of ground state $^{99}Tc$ and subsequent decay from unstable energy states to the isomeric state of $^{99}mTc$. The NRF cross-section of 99Tc was evaluated using the PHITS code and the probability of the decay to $^{99}mTc$ from various energy levels was determined using the ENSDF data. The paper then reviews and summarizes the principles of generating LCS gamma rays used in $^{99}mTc$ photoproduction along with the related reaction characteristics. After this review, the LCS gamma ray production is optimized for $^{99}mTc$ production using the so-called Energy Recovery LINAC (ERL) system as the baseline facility for the generation of LCS gamma rays. The spectrum of the LCS gamma-ray was optimized for the GDR cross-section and the NRF cross-section. In the case of the GDR reaction, the maximum energy of the LCS gamma-ray was optimized to about 16.5 MeV. In the case of NRF reaction, the maximum energy of the gamma ray was adjusted to the range of 1 to 2 MeV. This energy range includes the excited states contributing to the generation of $^{99}mTc$. In this paper, we also confirm the practicability of the NRF concept by evaluating the amount of ground state $^{99}Tc$ discarded from existing Tc generators. Through this study, it is confirmed that LCS gammas can be used effectively to produce $^{99}mTc$ by way of the photoproduction through the GDR reaction with $^{100}Mo$ and the NRF reaction with the $^{99}Tc$ present in radioactive waste from existing Tc generators.
본 논문은 레이저-콤프튼-산란 (LCS) 광자를 이용하여 의료용 동위원소 $^{99}mTc$ 을 생산하는 새로운 방식에 대한 연구이다. 먼저 거대이중극자공명(GDR) (γ,n) 반응 및 핵공명형광(NRF) (γ,γ`) 반응에 기초한 $^{99}mTc$ 광생성 과정 및 기본원리를 고찰하였다. GDR 반응을 사용하는 경우 $^{100}Mo$ 표적의 (γ,n) 반응으로 $^{99}mTc$ 가 생성되며 관련 Mo 동위원소의 GDR 단면적 정보를 정리하였다. NRF 반응의 경우 기저상태 $^{99}Tc$ 을 여기시켜 직접 $^{99}mTc$ 생성되기 때문에 에너지 준위에 따른 NRF 반응단면적 및 여기후 $^{99}mTc$ 준위로 붕괴하는 정도를 평가하였다. $^{99}Tc$ 의 NRF 반응단면적은 PHITS 코드를 이용하여 평가되었으며, ENSDF 데이터를 활용하여 다양한 에너지 준위에서 $^{99}mTc$ 으로 붕괴하는 확률을 결정하였다. $^{99}mTc$ 광생성에 사용되는 LCS 감마선의 발생원리와 관련 반응특성을 고찰하고 정리하였다. 여기서는 LCS 감마선 생성을 위해서 소위 Energy Recovery LINAC (ERL) 개념을 고려하였다. LCS 감마선의 스펙트럼은 GDR 단면적과 NRF 단면적 특성에 각각 최적화 시켜 $^{99}mTc$ 광생성 반응율을 계산하였다. GDR 반응의 경우 LCS 감마선의 최대에너지는 약 16.5 MeV 정도에서 최적화되었으며 NRF 반응의 경우에는 감마선의 최대에너지는 $^{99}mTc$ 생성에 주로 기여하는 에너지 준위가 모두 포함되도록 1~2 MeV 범위로 조정되었다. 본 논문에서는 또한 기존 Tc 발생장치에서 폐기물로 버려지는 기저상태 $^{99}Tc$ 의 양을 평가하여 NRF 개념의 실제적인 가능성도 확인하였다. 본 연구를 통하여 LCS 광자와 100Mo GDR 반응을 통하여 $^{99}mTc$ 의 광생성 가능성이 매우 높음을 확인하였으며, 버려지는 방사성 폐기물 99Tc을 재활용하는 개념의 가능성도 있음을 제시하였다.
