Identificazione dei frammenti nucleari nell'esperimento FOOT per lo studio dei trattamenti in adroterapia

L’adroterapia è una terapia medica oncologica che consiste nell'irraggiamento della massa tumorale tramite un fascio di particelle cariche la cui caratteristica fondamentale è il loro quasi completo rilascio di dose nella zona di arresto del fascio dove è situato il tumore, con il vantaggio di limitare i danni ai tessuti sani circostanti. Nonostante l’adroterapia sia studiata e utilizzata da oltre 60 anni, non tutti gli aspetti sono conosciuti esattamente; in particolare esistono pochi dati in letteratura sulla probabilità di frammentazione nucleare tra le particelle del fascio e i nuclei del corpo umano alle energie dell’adroterapia, che impediscono la definizione di un protocollo standard di trattamento. Per sopperire a questa mancanza, l’INFN ha approvato l’esperimento FOOT, con l’obiettivo di misurare la sezione d’urto di tutti i frammenti nucleari che si creano nell'interazione tra il fascio e il paziente. A tale scopo, è necessaria innanzitutto l’identificazione univoca di ciascun frammento, ricostruendo il numero atomico Z e il numero di massa A. L’analisi per la ricostruzione è stata effettuata con una simulazione Monte Carlo dell’interazione tra un fascio di ossigeno di energia 200 MeV/u e di un bersaglio di polietilene che ben simula i nuclei presenti nel corpo umano. Al fine di valutare le prestazioni dell’apparato, si è tenuto conto della risoluzione finita dei diversi rivelatori e l’analisi si è focalizzata sugli 8 frammenti più copiosamente prodotti nell'interazione nucleare tra il fascio e il bersaglio. La stima della carica z è stata ottenuta con un metodo la cui risoluzione va dal 5.8% di H al 1.9% di O, mentre il valore del numero di massa A è stato ottenuto con diversi metodi diretti e con l’utilizzo di un fit cinematico, dove la miglior risoluzione percentuale risulta del 3% per i frammenti pesanti e di circa il 5% per quelli leggeri. Dai risultati emerge l’efficacia dell’esperimento FOOT nella ricostruzione univoca dei frammenti nucleari.