EMCAL/AliEMCAL.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Base Class for EMCAL description:
  20 // This class contains material definitions
  21 // for the EMCAL - It does not place the detector in Alice
  22 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH)
  23 //
  24 //*-- Additional Contributions: Sahal Yacoob (LBNL/UCT)
  25 //
  26 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  27
  28 // --- ROOT system ---
  29 class TFile;
  30 #include <TFolder.h>
  31 #include <TTree.h>
  32 #include <TVirtualMC.h>
  33 #include <TH1F.h>
  34 #include <TF1.h>
  35 #include <TRandom.h>
  36
  37 // --- Standard library ---
  38
  39 // --- AliRoot header files ---
  40 #include "AliMagF.h"
  41 #include "AliEMCAL.h"
  42 #include "AliRun.h"
  43 #include "AliEMCALLoader.h"
  44 #include "AliEMCALSDigitizer.h"
  45 #include "AliEMCALDigitizer.h"
  46 #include "AliEMCALDigit.h"
  47 #include "AliAltroBuffer.h"
  48
  49 ClassImp(AliEMCAL)
  50 Double_t AliEMCAL::fgCapa        = 1.;        // 1pF
  51 Int_t    AliEMCAL::fgOrder       = 2 ;
  52 Double_t AliEMCAL::fgTimeMax     = 2.56E-5 ;  // each sample is over 100 ns fTimeMax/fTimeBins
  53 Double_t AliEMCAL::fgTimePeak    = 4.1E-6 ;   // 4 micro seconds
  54 Double_t AliEMCAL::fgTimeTrigger = 100E-9 ;      // 100ns, just for a reference
  55
  56 //____________________________________________________________________________
  57 AliEMCAL::AliEMCAL():AliDetector()
  58 {
  59   // Default ctor
  60   fName = "EMCAL" ;
  61 }
  62
  63 //____________________________________________________________________________
  64 AliEMCAL::AliEMCAL(const char* name, const char* title): AliDetector(name,title)
  65 {
  66   //   ctor : title is used to identify the layout
  67
  68   fHighCharge        = 8.2 ;          // adjusted for a high gain range of 5.12 GeV (10 bits)
  69   fHighGain          = 6.64 ;
  70   fHighLowGainFactor = 16. ;          // adjusted for a low gain range of 82 GeV (10 bits)
  71   fLowGainOffset     = 1 ;            // offset added to the module id to distinguish high and low gain data
  72 }
  73
  74 //____________________________________________________________________________
  75 AliEMCAL::~AliEMCAL()
  76 {
  77
  78 }
  79
  80 //____________________________________________________________________________
  81 void AliEMCAL::Copy(AliEMCAL & emcal) const
  82 {
  83   TObject::Copy(emcal) ;
  84   emcal.fHighCharge        = fHighCharge ;
  85   emcal.fHighGain          = fHighGain ;
  86   emcal.fHighLowGainFactor = fHighLowGainFactor ;
  87   emcal.fLowGainOffset     = fLowGainOffset;
  88 }
  89
  90 //____________________________________________________________________________
  91 AliDigitizer* AliEMCAL::CreateDigitizer(AliRunDigitizer* manager) const
  92 {
  93   return new AliEMCALDigitizer(manager);
  94 }
  95
  96 //____________________________________________________________________________
  97 void AliEMCAL::CreateMaterials()
  98 {
  99   // Definitions of materials to build EMCAL and associated tracking media.
 100   // media number in idtmed are 1599 to 1698.
 101
 102   // --- Air ---
 103   Float_t aAir[4]={12.0107,14.0067,15.9994,39.948};
 104   Float_t zAir[4]={6.,7.,8.,18.};
 105   Float_t wAir[4]={0.000124,0.755267,0.231781,0.012827};
 106   Float_t dAir = 1.20479E-3;
 107   AliMixture(0, "Air$", aAir, zAir, dAir, 4, wAir) ;
 108
 109   // --- Lead ---
 110   AliMaterial(1, "Pb$", 207.2, 82, 11.35, 0.56, 0., 0, 0) ;
 111
 112
 113   // --- The polysterene scintillator (CH) ---
 114   Float_t aP[2] = {12.011, 1.00794} ;
 115   Float_t zP[2] = {6.0, 1.0} ;
 116   Float_t wP[2] = {1.0, 1.0} ;
 117   Float_t dP = 1.032 ;
 118
 119   AliMixture(2, "Polystyrene$", aP, zP, dP, -2, wP) ;
 120
 121   // --- Aluminium ---
 122   AliMaterial(3, "Al$", 26.98, 13., 2.7, 8.9, 999., 0, 0) ;
 123   // ---         Absorption length is ignored ^
 124
 125   // 25-aug-04 by PAI - see  PMD/AliPMDv0.cxx for STEEL definition
 126   Float_t asteel[4] = { 55.847,51.9961,58.6934,28.0855 };
 127   Float_t zsteel[4] = { 26.,24.,28.,14. };
 128   Float_t wsteel[4] = { .715,.18,.1,.005 };
 129   AliMixture(4, "STAINLESS STEEL$", asteel, zsteel, 7.88, 4, wsteel);
 130
 131   // DEFINITION OF THE TRACKING MEDIA
 132
 133   // for EMCAL: idtmed[1599->1698] equivalent to fIdtmed[0->100]
 134   Int_t * idtmed = fIdtmed->GetArray() - 1599 ;
 135   Int_t   isxfld = gAlice->Field()->Integ() ;
 136   Float_t sxmgmx = gAlice->Field()->Max() ;
 137
 138   // Air                                                                         -> idtmed[1599]
 139  AliMedium(0, "Air$", 0, 0,
 140              isxfld, sxmgmx, 10.0, 1.0, 0.1, 0.1, 10.0, 0, 0) ;
 141
 142   // The Lead                                                                      -> idtmed[1600]
 143
 144   AliMedium(1, "Lead$", 1, 0,
 145              isxfld, sxmgmx, 10.0, 0.1, 0.1, 0.1, 0.1, 0, 0) ;
 146
 147  // The scintillator of the CPV made of Polystyrene scintillator                   -> idtmed[1601]
 148   AliMedium(2, "Scintillator$", 2, 1,
 149             isxfld, sxmgmx, 10.0, 0.001, 0.1, 0.001, 0.001, 0, 0) ;
 150
 151   // Various Aluminium parts made of Al                                            -> idtmed[1602]
 152   AliMedium(3, "Al$", 3, 0,
 153              isxfld, sxmgmx, 10.0, 0.1, 0.1, 0.001, 0.001, 0, 0) ;
 154
 155   // 25-aug-04 by PAI : see  PMD/AliPMDv0.cxx for STEEL definition                 -> idtmed[1603]
 156   AliMedium(4, "S steel$", 4, 0,
 157              isxfld, sxmgmx, 10.0, 0.1, 0.1, 0.001, 0.001, 0, 0) ;
 158
 159 // --- Set decent energy thresholds for gamma and electron tracking
 160
 161   // Tracking threshold for photons and electrons in Lead
 162   Float_t cutgam=10.e-5; // 100 kev;
 163   Float_t cutele=10.e-5; // 100 kev;
 164   TString ntmp(GetTitle());
 165   ntmp.ToUpper();
 166   if(ntmp.Contains("10KEV")) {
 167     cutele = cutgam = 1.e-5;
 168   } else if(ntmp.Contains("50KEV")) {
 169     cutele = cutgam = 5.e-5;
 170   } else if(ntmp.Contains("100KEV")) {
 171     cutele = cutgam = 1.e-4;
 172   } else if(ntmp.Contains("200KEV")) {
 173     cutele = cutgam = 2.e-4;
 174   } else if(ntmp.Contains("500KEV")) {
 175     cutele = cutgam = 5.e-4;
 176   }
 177
 178   gMC->Gstpar(idtmed[1600],"CUTGAM", cutgam);
 179   gMC->Gstpar(idtmed[1600],"CUTELE", cutele); // 1MEV -> 0.1MEV; 15-aug-05
 180   gMC->Gstpar(idtmed[1600],"BCUTE",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 181   gMC->Gstpar(idtmed[1600],"BCUTM",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 182   // --- Generate explicitly delta rays in Lead ---
 183   gMC->Gstpar(idtmed[1600], "LOSS",3.) ;
 184   gMC->Gstpar(idtmed[1600], "DRAY",1.) ;
 185   gMC->Gstpar(idtmed[1600], "DCUTE", cutele) ;
 186   gMC->Gstpar(idtmed[1600], "DCUTM", cutele) ;
 187
 188 // --- in aluminium parts ---
 189   gMC->Gstpar(idtmed[1602],"CUTGAM", cutgam) ;
 190   gMC->Gstpar(idtmed[1602],"CUTELE", cutele) ;
 191   gMC->Gstpar(idtmed[1602],"BCUTE",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 192   gMC->Gstpar(idtmed[1602],"BCUTM",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 193   gMC->Gstpar(idtmed[1602], "LOSS",3.) ;
 194   gMC->Gstpar(idtmed[1602], "DRAY",1.) ;
 195   gMC->Gstpar(idtmed[1602], "DCUTE", cutele) ;
 196   gMC->Gstpar(idtmed[1602], "DCUTM", cutele) ;
 197
 198 // --- and finally thresholds for photons and electrons in the scintillator ---
 199   gMC->Gstpar(idtmed[1601],"CUTGAM", cutgam) ;
 200   gMC->Gstpar(idtmed[1601],"CUTELE", cutele) ;// 1MEV -> 0.1MEV; 15-aug-05
 201   gMC->Gstpar(idtmed[1601],"BCUTE",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 202   gMC->Gstpar(idtmed[1601],"BCUTM",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 203   gMC->Gstpar(idtmed[1601], "LOSS",3.) ; // generate delta rays
 204   gMC->Gstpar(idtmed[1601], "DRAY",1.) ;
 205   gMC->Gstpar(idtmed[1601], "DCUTE", cutele) ;
 206   gMC->Gstpar(idtmed[1601], "DCUTM", cutele) ;
 207
 208   // S steel -
 209   gMC->Gstpar(idtmed[1603],"CUTGAM", cutgam);
 210   gMC->Gstpar(idtmed[1603],"CUTELE", cutele);
 211   gMC->Gstpar(idtmed[1603],"BCUTE",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 212   gMC->Gstpar(idtmed[1603],"BCUTM",  cutgam);  // BCUTE and BCUTM start from GUTGUM
 213   // --- Generate explicitly delta rays
 214   gMC->Gstpar(idtmed[1603], "LOSS",3.);
 215   gMC->Gstpar(idtmed[1603], "DRAY",1.);
 216   gMC->Gstpar(idtmed[1603], "DCUTE", cutele) ;
 217   gMC->Gstpar(idtmed[1603], "DCUTM", cutele) ;
 218
 219   //set constants for Birk's Law implentation
 220   fBirkC0 =  1;
 221   fBirkC1 =  0.013/dP;
 222   fBirkC2 =  9.6e-6/(dP * dP);
 223
 224 }
 225
 226 //____________________________________________________________________________
 227 void AliEMCAL::Digits2Raw()
 228 {
 229   // convert digits of the current event to raw data
 230   AliEMCALLoader * loader = dynamic_cast<AliEMCALLoader*>(fLoader) ;
 231
 232   // get the digits
 233   loader->LoadDigits();
 234   TClonesArray* digits = loader->Digits() ;
 235
 236   if (!digits) {
 237     Error("Digits2Raw", "no digits found !");
 238     return;
 239   }
 240
 241   // get the digitizer
 242   loader->LoadDigitizer();
 243   AliEMCALDigitizer * digitizer = dynamic_cast<AliEMCALDigitizer *>(loader->Digitizer())  ;
 244
 245   // get the geometry
 246   AliEMCALGeometry* geom = GetGeometry();
 247   if (!geom) {
 248     Error("Digits2Raw", "no geometry found !");
 249     return;
 250   }
 251
 252   // some digitization constants
 253   const Int_t    kDDLOffset = 0x800;
 254   const Int_t    kThreshold = 1;
 255   const Int_t    kChannelsperDDL = 897 ;
 256   AliAltroBuffer* buffer = NULL;
 257   Int_t prevDDL = -1;
 258   Int_t adcValuesLow[fkTimeBins];
 259   Int_t adcValuesHigh[fkTimeBins];
 260
 261   // loop over digits (assume ordered digits)
 262   for (Int_t iDigit = 0; iDigit < digits->GetEntries(); iDigit++) {
 263     AliEMCALDigit* digit = dynamic_cast<AliEMCALDigit *>(digits->At(iDigit)) ;
 264     if (digit->GetAmp() < kThreshold)
 265       continue;
 266     Int_t iDDL = digit->GetId() / kChannelsperDDL ;
 267     // for each DDL id is numbered from 1 to  kChannelsperDDL -1
 268     Int_t idDDL = digit->GetId() - iDDL * ( kChannelsperDDL - 1 ) ;
 269     // new DDL
 270     if (iDDL != prevDDL) {
 271       // write real header and close previous file
 272       if (buffer) {
 273         buffer->Flush();
 274         buffer->WriteDataHeader(kFALSE, kFALSE);
 275         delete buffer;
 276       }
 277
 278       // open new file and write dummy header
 279       TString fileName("EMCAL_") ;
 280       fileName += (iDDL + kDDLOffset) ;
 281       fileName += ".ddl" ;
 282       buffer = new AliAltroBuffer(fileName.Data(), 1);
 283       buffer->WriteDataHeader(kTRUE, kFALSE);  //Dummy;
 284
 285       prevDDL = iDDL;
 286     }
 287
 288     // out of time range signal (?)
 289     if (digit->GetTimeR() > GetRawFormatTimeMax() ) {
 290       buffer->FillBuffer(digit->GetAmp());
 291       buffer->FillBuffer(GetRawFormatTimeBins() );  // time bin
 292       buffer->FillBuffer(3);          // bunch length
 293       buffer->WriteTrailer(3, idDDL, 0, 0);  // trailer
 294
 295       // calculate the time response function
 296     } else {
 297       Double_t energy = 0 ;
 298       energy = digit->GetAmp() * digitizer->GetECAchannel() + digitizer->GetECApedestal() ;
 299
 300       Bool_t lowgain = RawSampledResponse(digit->GetTimeR(), energy, adcValuesHigh, adcValuesLow) ;
 301
 302       if (lowgain)
 303         buffer->WriteChannel(iDDL, 0, fLowGainOffset,
 304                              GetRawFormatTimeBins(), adcValuesLow, kThreshold);
 305       else
 306         buffer->WriteChannel(iDDL, 0, 0,
 307                              GetRawFormatTimeBins(), adcValuesHigh, kThreshold);
 308
 309     }
 310   }
 311
 312   // write real header and close last file
 313   if (buffer) {
 314     buffer->Flush();
 315     buffer->WriteDataHeader(kFALSE, kFALSE);
 316     delete buffer;
 317   }
 318
 319   loader->UnloadDigits();
 320 }
 321
 322 //____________________________________________________________________________
 323 void AliEMCAL::Hits2SDigits()
 324 {
 325 // create summable digits
 326
 327   AliEMCALSDigitizer emcalDigitizer(fLoader->GetRunLoader()->GetFileName().Data()) ;
 328   emcalDigitizer.SetEventRange(0, -1) ; // do all the events
 329   emcalDigitizer.ExecuteTask() ;
 330 }
 331
 332 //____________________________________________________________________________
 333
 334 AliLoader* AliEMCAL::MakeLoader(const char* topfoldername)
 335 {
 336 //different behaviour than standard (singleton getter)
 337 // --> to be discussed and made eventually coherent
 338  fLoader = new AliEMCALLoader(GetName(),topfoldername);
 339  return fLoader;
 340 }
 341
 342 //__________________________________________________________________
 343 Double_t AliEMCAL::RawResponseFunction(Double_t *x, Double_t *par)
 344 {
 345   // Shape of the electronics raw reponse:
 346   // It is a semi-gaussian, 2nd order Gamma function of the general form
 347   // v(t) = n**n * Q * A**n / C *(t/tp)**n * exp(-n * t/tp) with
 348   // tp : peaking time par[0]
 349   // n  : order of the function
 350   // C  : integrating capacitor in the preamplifier
 351   // A  : open loop gain of the preamplifier
 352   // Q  : the total APD charge to be measured Q = C * energy
 353
 354   Double_t signal ;
 355   Double_t xx = x[0] - ( fgTimeTrigger + par[3] ) ;
 356
 357   if (xx < 0 || xx > fgTimeMax)
 358     signal = 0. ;
 359   else {
 360     Double_t fac = par[0] * TMath::Power(fgOrder, fgOrder) * TMath::Power(par[1], fgOrder) / fgCapa ;
 361     signal = fac * par[2] * TMath::Power(xx / fgTimePeak, fgOrder) * TMath::Exp(-fgOrder * (xx / fgTimePeak)) ;
 362   }
 363   return signal ;
 364 }
 365
 366 //__________________________________________________________________
 367 Double_t AliEMCAL::RawResponseFunctionMax(Double_t charge, Double_t gain)
 368 {
 369   return ( charge * TMath::Power(fgOrder, fgOrder) * TMath::Power(gain, fgOrder)
 370      / ( fgCapa * TMath::Exp(fgOrder) ) );
 371
 372 }
 373 //__________________________________________________________________
 374 Bool_t AliEMCAL::RawSampledResponse(
 375 const Double_t dtime, const Double_t damp, Int_t * adcH, Int_t * adcL) const
 376 {
 377   // for a start time dtime and an amplitude damp given by digit,
 378   // calculates the raw sampled response AliEMCAL::RawResponseFunction
 379
 380   const Int_t kRawSignalOverflow = 0x3FF ;
 381   Bool_t lowGain = kFALSE ;
 382
 383   TF1 signalF("signal", RawResponseFunction, 0, GetRawFormatTimeMax(), 4);
 384
 385   for (Int_t iTime = 0; iTime < GetRawFormatTimeBins(); iTime++) {
 386     signalF.SetParameter(0, GetRawFormatHighCharge() ) ;
 387     signalF.SetParameter(1, GetRawFormatHighGain() ) ;
 388     signalF.SetParameter(2, damp) ;
 389     signalF.SetParameter(3, dtime) ;
 390     Double_t time = iTime * GetRawFormatTimeMax() / GetRawFormatTimeBins() ;
 391     Double_t signal = signalF.Eval(time) ;
 392     if ( static_cast<Int_t>(signal+0.5) > kRawSignalOverflow ){  // larger than 10 bits
 393       signal = kRawSignalOverflow ;
 394       lowGain = kTRUE ;
 395     }
 396     adcH[iTime] =  static_cast<Int_t>(signal + 0.5) ;
 397
 398     signalF.SetParameter(0, GetRawFormatLowCharge() ) ;
 399     signalF.SetParameter(1, GetRawFormatLowGain() ) ;
 400     signal = signalF.Eval(time) ;
 401     if ( static_cast<Int_t>(signal+0.5) > kRawSignalOverflow)  // larger than 10 bits
 402       signal = kRawSignalOverflow ;
 403     adcL[iTime] = static_cast<Int_t>(0.5 + signal ) ;
 404
 405   }
 406   return lowGain ;
 407 }