Identificazione dei frammenti nucleari prodotti da un fascio di ossigeno a 400 MeV/u su un bersaglio di grafite nell'esperimento FOOT

L'adroterapia è una tecnica avanzata per la cura dei tumori mediante fasci di protoni o ioni leggeri (A ≤ 20). Il vantaggio clinico risiede nel picco di Bragg, che consente di massimizzare la dose nella regione tumorale risparmiando i tessuti sani circostanti. Tuttavia, la stima accurata degli effetti biologici è tuttora limitata dalle incertezze sui processi di frammentazione nucleare. L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target), approvato dall'INFN nel 2017, si pone l'obiettivo di misurare con precisione le sezioni d'urto differenziali di frammentazione prodotte da ioni leggeri (⁴He, ¹²C, ¹⁶O) su bersagli rappresentativi dei tessuti biologici (H, C, O). I risultati trovano applicazione anche nella radioprotezione per le missioni spaziali con equipaggio. In questa tesi si è condotto uno studio sull'identificazione dei frammenti generati da un fascio di ¹⁶O a 400 MeV/u su bersaglio di grafite, a partire da dati simulati Monte Carlo con codice FLUKA. L'analisi si è focalizzata sulla ricostruzione della carica Z e della massa A, valutando efficienza, purezza, matrici di migrazione e risoluzioni percentuali. Per la carica Z, l'analisi ha consentito di raggiungere efficienza e purezza superiori al 90%, con risoluzione percentuale del 2–3% per la maggior parte dei frammenti. Per l'identificazione isotopica in massa A, sono stati confrontati tre metodi cinematici indipendenti basati sulle misure di TOF-Wall, tracciatore e calorimetro BGO. Tra questi, la combinazione di tempo di volo e impulso ha fornito le prestazioni migliori, con risoluzioni di massa comprese tra il 2.3% e il 4.8% e un'ottima separazione isotopica.