Metodo per l’identificazione dei frammenti nucleari nell’esperimento FOOT

L’adroterapia è una terapia oncologica che cura i tumori irradiando la massa tumorale con fasci di particelle cariche, che hanno la capacità di rilasciare gran parte dell’energia in prossimità della zona di arresto, limitando i danni ai tessuti sani vicini. Nell’interazione tra il fascio di particelle e il tessuto biologico del paziente, non si ha però una conoscenza completa degli effetti dovuti alla frammentazione nucleare, alle energie dell’adroterapia. L’esperimento FOOT è stato finanziato nel 2017 dall’INFN per sopperire alla mancanza di misure in questo ambito e ha l'obiettivo di valutare le sezioni d'urto dei frammenti prodotti nel processo, per permettere la definizione di un protocollo standard di trattamento. A tale scopo è necessario identificare questi frammenti tramite la loro carica Z e il numero di massa A. Per fare questo, sono stati simulati eventi relativi all'interazione tra un fascio di ossigeno-16 di energia cinetica 200 MeV/u per nucleone e un bersaglio di polietilene a riposo. Per l'analisi, sono stati selezionati gli 8 frammenti maggiormente prodotti nell'interazione, includendo la risoluzione finita dei rivelatori. La carica Z è stata ricostruita attraverso il segnale rilasciato su due distinti scintillatori ottenendo una risoluzione percentuale nell’intervallo 2-6% a seconda del frammento. Il numero di massa A è stato ricostruito in tre metodi diversi, correlati tra loro. I più precisi hanno ottenuto una precisione attorno al 4% per i frammenti più pesanti e intorno al 5-6% per quelli più leggeri. Si è fatto inoltre uno studio sistematico per valutare la variazione della precisione su A in funzione di quella del tempo di volo TOF: migliorando la misura del TOF di un fattore 2, si aumenta la precisione su A di circa il 20% sia sui frammenti pesanti che leggeri. Questi risultati sono di fondamentale importanza per la separazione isotopica dei frammenti e confermano la fattibilità delle misure di sezione d’urto nell’esperimento FOOT.