近年来,《自然》杂志多次报道医用放射性同位素短缺危机,研究用于生产同位素的新途径迫在眉捷。随着超强超短脉冲激光器技术的不断革新与发展,光核同位素产生被视为一种非常有效和现实的途径来提供放射性同位素,用于核医学、分子影像学、分子生物学以及其它基础科学和应用研究。本论文为基于激光加速电子源的光核医用同位素产生模拟研究,论文由以下五个章节组成:第一章:绪论。简要介绍了放射性同位素在医学中应用以及常规的产生方式;随着超强超短激光技术的发展,为超强激光诱发光核反应产生医用同位素产生提供了有利的的技术条件;最后介绍了国内外在强激光诱发的γ辐射机理的研究成果和进展。第二章:感兴趣的光核医用同位素的选择与产生。我们详细介绍了几种感兴趣医用同位素的选择,讨论了光核医用同位素的产生机制及其光核产生截面。模拟使用的光核医用同位素产生机制中主要为光中子反应和光质子反应,使用TALYS程序计算了几种医用同位素(69Ge、68Ga、64,62Cu、47,44Sc)的产生截面。第三章:感兴趣的光核医用同位素的选择与产生。主要概括为超强超短激光加速的大电荷量高能电子源-轫致辐射γ源。首先,采用3D-PIC(3D-Particle in cell)粒子模拟程序构建了超强超短激光加速大电荷量电子源的物理模型。模拟研究340 TW的超强超短激光与0.1-1.5 nc范围内NCD(Near critical density)的等离子体相互作用过程,并讨论等离子密度对加速电子束的影响。其次,基于蒙特卡罗(MC)程序-Geant4软件包构建基于激光加速电子源-轫致辐射γ源物理模型。将激光加速得到的大电荷量电子源作为入射粒子源,研究等离子体密度和靶原子序数对轫致辐射γ能谱影响。第四章:激光加速电子源驱动的光核医用同位素产生。我们采用Geant4软件包构建基于激光加速电子源驱动的光核医用同位素产生物理模型,开展了感兴趣医用同位素69Ge、68Ga、64,62Cu和47,44Sc的光核产生研究。模拟诊断等离子体密度、转换靶(钽靶)和目标靶厚度对光核反应产额的影响;以及医用同位素活度与辐照时间和激光重复频率依赖关系。第五章:激光加速电子源驱动的光核医用同位素产生实验方案。拟利用百太瓦量级激光装置星光Ⅲ,开展皮秒/飞秒超强激光驱动光核医用同位素产生实验。实验分为在线辐照和离线测量两部分,并对离线测量所使用的高纯锗探测器进行效率刻度模拟。本论文采取的强激光驱动光核反应的方法具备生产感兴趣医用同位素的能力。为基于桌面型的激光加速器的光核反应实验研究提供积极的理论指导,并为医用同位素生产提供潜在的物理方案。