Esperimento FOOT: studi di identificazione di frammenti nucleari

L'adroterapia è il trattamento per la cura dei tumori attraverso l'irraggiamento del volume tumorale con un fascio di protoni o di ioni pesanti. Il vantaggio nell'utilizzare queste particelle consiste nel loro profilo di dose-profondità caratterizzato dal picco di Bragg che permette di massimizzare il danno nella regione tumorale limitando i danni ai tessuti sani limitrofi. Fino ad ora, non è ancora stata fatta una stima completa degli effetti nocivi causati dagli eventi di frammentazione nucleare tra le particelle del fascio e il materiale biologico. L'esperimento FOOT nasce con l'obiettivo di misurare la sezione d'urto differenziale di tutti i prodotti emessi nella frammentazione nucleare tra il fascio e il paziente. E' stato effettuato a tal proposito uno studio sull'identificazione dei frammenti nel quale sono stati stimati il numero atomico z e il numero di massa A. La ricostruzione della carica e della massa è stata effettuata analizzando i frammenti prodotti da un fascio di ossigeno-16 avente energia cinetica 200 MeV/u su un bersaglio di polietilene. I dati sono stati ottenuti attraverso una simulazione effettuata con il codice FLUKA, includendo le risoluzione sperimentali di tutti i rivelatori ottenute da test effettuati su fascio. Sono stati selezionati gli 8 frammenti più comunemente prodotti nell'interazione nucleare tra il fascio e il bersaglio (uno per ogni carica, da z=1 a z=8). La stima di z è stata ottenuta con una risoluzione percentuale inversamente proporzionale al valore della carica stessa, da un 6% per l'idrogeno a un 2% per l'ossigeno. La ricostruzione di A è stata effettuata con metodi diretti e attraverso l'uso di due metodi di fit, minimizzazione del chi quadro e Augmented Lagrangian Method. La migliore risoluzione percentuale di A è risultata del 4% per i frammenti pesanti e del 5% per quelli leggeri. I risultati così ottenuti hanno dimostrato la potenzialità dell'esperimento nell'univoca identificazione dei frammenti considerati.