Identificazione di frammenti nucleari con l'esperimento FOOT prodotti in trattamenti di adroterapia

L'adroterapia è una cura oncologica radiante che utilizza fasci di adroni, come protoni o ioni pesanti. Questa terapia risulta notevolmente efficace, rispetto alla radioterapia, in quanto impiega l'interazione tra particella carica e materia per creare danni irreparabili nella catena del DNA delle cellule cancerogene. Nell'intervallo di energia dell'adroterapia, risulta tuttavia essenziale considerare i processi di frammentazione nucleare che potrebbero danneggiare tessuti sani limitrofi alla neoplasia. L'esperimento FOOT è stato progettato per determinare le sezioni d'urto dei processi di frammentazione nucleare tra il fascio di trattamento e il bersaglio biologico. L'analisi delle sezioni d'urto necessita di una preliminare identificazione dei frammenti prodotti. La tesi verte su quest'ultimo aspetto attuato attraverso un'analisi di dati simulati dal programma FLUKA, a cui è applicata un'alterazione gaussiana delle quantità ricostruite per tener conto della diversa risoluzione dei detector dell'apparato di FOOT. La simulazione considera un fascio di ossigeno-16 indirizzato verso un bersaglio di polietilene ad un'energia di 200 MeV/u. Viene quindi identificato il numero atomico Z e il numero di massa A di 9 dei principali frammenti prodotti in eventi di frammentazione nucleare (con Z compreso tra 1 e 8). La misura del numero atomico Z è stata ottenuta attraverso la misura del tempo di volo dei frammenti e dell'energia depositata negli strati di materiale scintillante; la precisione ottenuta permette una completa identificazione della carica dei frammenti. La misura del numero di massa è stata effettuata sia attraverso l'applicazione di formule cinematiche relativistiche, sia attraverso un metodo di minimizzazione del χ^2. Quest’ultimo metodo ha fornito i risultati più precisi, dimostrando la possibilità di una separazione isotopica dei frammenti e dunque anche del calcolo della loro sezione d'urto.