Misura del tempo di volo di un fascio terapeutico di protoni con rivelatori UFSD

L'attività di ricerca della mia tesi si è svolta nell'ambito del progetto MoVeIt dell'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), che ha l'obiettivo di sviluppare nuovi metodi di controllo del fascio terapeutico per innovativi trattamenti di adroterapia. L'adroterapia è uno dei metodi di cura che vengono adottati per combattere le patologie oncologiche e consiste nel danneggiare le cellule del tessuto tumorale irraggiandolo con fasci ionizzanti di adroni, in particolare protoni e ioni carbonio. La dose di radiazione così come la profondità raggiunta nel tessuto dipendono dal numero di ioni somministrati nel trattamento, dalla posizione del fascio e dall'energia iniziale del fascio di particelle, quindi un accurato sistema di monitoraggio del fascio in grado di misurare queste tre grandezze è fondamentale per la riuscita del trattamento. Ad oggi, il metodo utilizzato per monitorare il fascio terapeutico utilizza camere a ionizzazione; questi rivelatori hanno dei limiti che non consentono lo sviluppo di nuove strategie di trattamento a bassa radiazione. Un diverso metodo di monitoraggio online potrebbe consentire di ampliare lo spettro di tumori trattati e di implementare piani terapeutici innovativi e più efficaci. Lo scopo della mia tesi è studiare e testare un sistema di monitoraggio in grado di misurare l'energia del fascio attraverso la misura del tempo di volo dei protoni del fascio. A tal fine, ho utilizzato rivelatori UFSD (Ultra Fast Silicon Detector), che hanno un'ottima risoluzione temporale e buon rapporto segnale – rumore. Nel primo capitolo di questa tesi introduco la teoria alla base dell'adroterapia e della necessità di un innovativo sistema di controllo della dose e descrivo il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO), la struttura presso la quale si sono svolte le misurazioni oggetto di analisi. Nel secondo capitolo presento il set up utilizzato per l'acquisizione dei dati e i rivelatori UFSD, concentrandomi sulle ragioni dietro la scelta di usare questi sensori. Nel terzo espongo il metodo di analisi dei dati e il modello utilizzato per ricavare il tempo di volo e da questo l'energia e il range del fascio. Infine, il quarto e ultimo capitolo contiene i risultati dell'analisi, in particolare la stima del tempo di volo dei protoni, da cui ho ricavato l'energia e il range del fascio e il confronto con i valori attesi.