Sc, Zr, and Re are medically relevant radioisotopes applicable for targeted radionuclide therapy (TRT) and positron emission tomography (PET) imaging. Conventionally, these isotopes are primarily produced using nuclear reactors and cyclotrons, which require large-scale facilities. In contrast, modern laser technology enables tabletop production of such isotopes via photonuclear reactions, offering a novel and promising alternative approach. Herein, we propose a method to produce these isotopes by driving photonuclear reactions with a circularly polarized Laguerre–Gaussian (CP-LG) laser. The interaction between the CP-LG laser and the dense hollow cylinder target generates an electron beam with energy exceeding 8 MeV and a charge of nearly 87 nC. The high-density pulse of relativistic electrons generated bombards an optimized tantalum converter, producing a high-flux Bremsstrahlung -ray source in the giant dipole resonance region with a yield of photons per shot. These -rays then irradiate parent targets (Sc, Zr, and Re) to yield the corresponding isotopes (Sc, Zr, and Re), with their activity meeting clinical PET and TRT requirements under 0.1–2.15 h of continuous irradiation at a 10 Hz repetition rate.
Sc、Zr、Reは、標的放射性核種療法（TRT）および陽電子放出断層撮影（PET）イメージングに適用可能な、医学的に関連する放射性同位体である。従来、これらの同位体は主に原子炉とサイクロトロンを用いて生産されており、これらは大規模施設を必要とする。対照的に、現代のレーザー技術は、光核反応を介したそのような同位体の卓上生産を可能にし、新規で有望な代替アプローチを提供する。本稿では、円偏光ラゲール–ガウス（CP-LG）レーザーを用いて光核反応を駆動することにより、これらの同位体を生産する方法を提案する。CP-LGレーザーと高密度中空円筒ターゲットとの相互作用により、8 MeVを超えるエネルギーと約87 nCの電荷を有する電子ビームが生成される。生成された高密度の相対論的電子パルスが最適化されたタンタルコンバーターに衝突し、巨大双極子共鳴領域において高フラックスの制動放射 -線源を生成し、1ショットあたり 光子の収量をもたらす。これらの -線はその後、親ターゲット（Sc、Zr、Re）を照射して対応する同位体（Sc、Zr、Re）を生成し、その放射能は、10 Hzの繰り返し速度での0.1～2.15時間の連続照射下で、臨床PETおよびTRTの要件を満たす。