ISO 4037:1979/Add 2:1989
(Main)X and gamma reference radiations for calibrating dosemeters and dose ratemeters and for determining their response as a function of photon energy — Addendum 2: Photon reference radiations at energies between 4 MeV and 9 MeV
X and gamma reference radiations for calibrating dosemeters and dose ratemeters and for determining their response as a function of photon energy — Addendum 2: Photon reference radiations at energies between 4 MeV and 9 MeV
Rayonnements X et gamma de référence pour l'étalonnage des dosimètres et débitmètres et pour la détermination de leur réponse en fonction de l'énergie des photons — Additif 2: Rayonnements de photons de référence à des énergies comprises entre 4 MeV et 9 MeV
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I N TE R NAT I O NA L IS0
STANDARD 4037
First edition
1979-05-1 5
ADDENDUM 2
1989-12-01
X and y reference radiations for calibrating
i
dosemeters and dose ratemeters and for
determining their response as a function of
photon energy
ADDENDUM 2 : Photon reference radiations at
energies between 4 MeV and 9 MeV
Rayonnements X et gamma de référence pour l'étalonnage des dosimètres et
débitmètres et pour la détermination de leur réponse en fonction de ïénergie des
photons
ADDITIF 2: Rayonnements de photons de référence à des énergies comprises entre
4 MeV et 9 MeV
Reference number
IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (E)
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IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all O
matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
Addendum 2 to IS0 4037 : 1979 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85,
Nuclear energ y.
Annex A of this Addendum is for information only.
O IS0 1989
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International Organization for Standardization
Case postale 56 0 CH-1211 Genève 20 0 Switzerland
Printed in Switzerland
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IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (E)
X and y reference radiations for calibrating dosemeters
and dose ratemeters and for determining their response
as a function of photon energy
ADDENDUM 2: Photon reference radiations at energies
between 4 MeV and 9 MeV
- thermal neutron-capture gamma radiations (see 3.4);
1 Scope
This Addendum to IS0 4037 specifies photon reference radi-
- decay of 16N (see 3.5).
ations for determining the response of protection level dose-
meters and dose ratemeters at photon energies between 4 MeV
and 9 MeV. Reference radiations in this energy range are pro-
3.2 Photon reference radiations from the
vided because of the 6 MeV photon fields produced by many
de-excitation of I6O in the i9F(p,ay)i60
nuclear power stations and by other nuclear reactor systems.
reaction[', 2 and 31
Further energies are not specified since the variation in
response of most dosemeters and dose ratemeters with photon
These reference radiations shall be produced by using a particle
energy shows no discontinuity over this energy range.
accelerator to bombard a fluorine target (usually CaF2) with
protons using the 19F(p, ay)'60 reaction.
ill)
The energy levels of the photons and their relative emission
2 Definitions
probabilities resulting from this reaction for 34û,5 keV protons
incident on a thin target are shown in figure 1. At this proton
For the purposes of this Addendum, the definitions given in
energy, the probability for the decay of the excited l60 state,
IS0 4037 : 1979, 3.1.1 apply.
via the 6,05 MeV level, under emission of an electron-positron
pair is less than 2 %; the probability for its decay by emission
For the purposes of this Addendum, "air kerma" shall be used
of 6,13 MeV photons is 97 %; the deviation from isotropic
as the dosimetric quantity.
emission of these photons is less than 3,5 %. At higher proton
energies, the relative contribution of the 6,13 MeV photons
decreases in favour of the higher-energy photons, and there is
an increase in the contribution by contaminant reactions, for
3 Reference radiations
example ip, p'y) and pair production.
3.1 General
Relative photon-emission rate (yield) as a function of proton
energy is illustrated in figure 2. As target thickness (and thus
Photon reference radiations shall be produced by one of the
proton energy loss in the target) is increased, the yield in-
following reactions :
creases and the photon spectrum changes as the protons
- de-excitation of l60 in the lgF(~,ay)'~O reaction (see interactions with the fluorine have decreasing
undergoing
3.2); energies with increasing depth. The energy of the photons
emitted is high enough for their attenuation in the target to be
- de-excitation of 12C (see 3.3);
considered negligible.
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..
8,872 MeV
0,34 MeV
-4
I6O
Figure 1 - Energy levels and emission probabilities of photon radiations from the decay of 16N (left)
and from the de-excitation of I6O for an incident proton energy of 340.5 keV on 19F (right)
I I I I I I I I l
Depending on the required yield, the proton energy chosen for 0
the production of the reference radiation shall be either one of
the resonance energies (3445 keV or 872,l keV) or a con-
venient energy between 2 MeV and 3 MeV. If a high yield is re-
quired and a contamination contribution to the air kerma of
approximately 4 % can be tolerated, protons of an energy close
to 2,7 MeV, incident on a target of approximately 6 rng.cmp2
thickness, should be used (see also 5.3). For the purest possible
reference radiation, 340,5 keV protons should be used provided
that the lower air kerma rates are acceptable. For the 340,5 keV
proton resonance, calibration shall be carried out both on-
resonance and off-resonance by - 10 keV, in order to allow for
the effect of any low-energy and non-resonant radiation
originating from the accelerator. The difference between the
on-resonance and the off-resonance calibrations shall be taken
as due only to the 6,13 MeV photon radiation and to associated
knock-on electrons. Care should be taken to prevent fluorine
other than on the target from being introduced into the ac-
0,4 0,8 22 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6
celerator.
Proton energy, MeV
1 for four
Typical yields and air kerma rates are given in table
different incident proton energies, for a proton current of 1 PA
Figure 2 - Thin target photon yield as a function
of proton energy for the I9F(p. ay)160 reaction and a target thickness of approximately 6 mg.cmT2 (proton
2
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energy loss in the target is approximately 600 keV for a in the population of the lowest excited level of 12C at 4,44 MeV
2.7 MeV incident proton). followed by a de-excitation using the 12C (p, p'y)12C reaction.
A typical pulse-height distribution produced with 2,7 MeV pro-
The target shall consist of a layer of high-purity carbon.
tons and a target thickness of approximately 6 mg.cm-2 is
shown in figure 3.
If natural carbon is used, there are two further reactions com-
NOTE - Figure 3 as well as figures 4, 6 and 7 show pulse-height peting with the [12C (p, p'y)12C1 reaction:
distributions and have been included for illustrative purposes only. The
distributions have not been unfolded to account for the response of the
-
13C (p, p'y)13C, resuiting in 3,09 MeV photon radiation;
detector. The shape of the photon spectra of the reference radiation
will be different since the detector photo peak efficiency decreases
and
significantly with photon energy. Information on unfolded spectra for
photons from the 19F(~,ay)~6O reaction is given in [41.
- 13C (p,n)13N, resulting in 0,511 MeV annihilation
photons, stemming from the positron decay of 13N which
Table 1 - Typical photon yields and air kerma dose rates
has a half-life of 9,9û min. A steady state between pro-
for specified proton energies and a 1 pA proton current
duction and decay of 13N is reached about 20 min after the
reaction is started (i.e. after the proton beam is switched
Photon yield ' Typical air kerma rate
on).
Proton energy
at 1 m from target
I MeV 1 s-1 I pGy.h-1
The ratios of the yields of the 49 MeV and 3,09 MeV lines
0,340 5 (resonance) 105 0,05
and of the 4,44 MeV and 0,511 MeV lines are independent of
lil) I 0,872 1 :Tegs50nance)
0,5
proton energy.
I 6 x0:07 1 30
At a proton current of 1 pA, a proton energy of 5.5 MeV and a
distance of 1 m from the target, the photon fluence rates are
about 160 cm-2.s-1, 12 ~m-~.s-' and 1 800 cm-2.s-1, and
3.3 Photon reference radiations from the
the corresponding air kerma rates are about 1,4 pGy.h - l,
de-excitation of I2C 15]
0,46 pGy.h-' and 85 pGy.h-' for the lines at 0,511 MeV,
These reference radiations shall be produced by using a particle
3,09 MeV, and 4,44 MeV, respectively. A typical pulse-height
accelerator to bombard a carbon target with protons resulting distribution is shown in figure 4.
I I I 1 1 13 MeV
x 40
0,197
-'-I
3
712 MeV
-7
6,92MeV -
0,Sl'
1_
I I I I I I h
II
~~ ~
O 0,25 0,5 1 2 3 4 5 6 7
Energy, MeV
Figure 3 - Pulse-height distribution from de-excitation of l60 as measured with a Ge(Li) detectorr2]
[Target thickness: = 6 mg.crn-2 CaF2; proton energy: 2,7 MeV; reactions: 19F (p,~(y)~~O and 19F (p,~'y)~~Fl
3
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IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (E)
3.5 Photon reference radiations from the decay
3.4 Reference radiations produced by the
of I6N
thermal neutron-capture gamma reactions in
titanium or nickel
These beams shall be produced by activation of water in a
These beams shall be produced by the (n,y) capture reaction in
reactor core by fast neutrons using the 160(n, p)16N reaction.
a titanium or nickel target using a reactor as the neutron
source. An example of an irradiation facility is shown in
The subsequent fi-decay of 16N (see also 3.2) with a half-life of
figure 5r6]. Multi-line spectra are produced with both the target
7,l s leads to the excited states of l60, in this case yielding
materials. Photon yields of the main spectral components, i.e.
6,13 MeV and 7,12 MeV photons, in relative emission prob-
above 3 photons per 100 neutron are given in
abilities of 68 % and 5 % respectively, and 10,4 MeV
table 2.
fi-radiation. Photon energy levels and relative emission prob-
For use of the resulting radiation as reference radiation be- abilities are shown in figure 1.
tween 4 MeV
...
I
i
NORME
IS0
I N T E R N AT I O N A LE
4037
Première édition
1979-05-15
ADDITIF 2
1989-12-01
Rayonnements X et gamma de référence pour
l'étalonnage des dosimètres et débitmètres et
pour la détermination de leur réponse en
fonction de l'énergie des photons
ADDITIF 2 : Rayonnements de photons de référence
à des énergies comprises entre 4 MeV et 9 MeV
X and y reference radiations for calibrating dosemeters and dose ratemeters and for
determining their response as a function of photon energy
ADDENDUM 2: Photon reference radiations at energies between 4 MeV and 9 MeV
Numéro de référence
IS0 4037 . 1979/Add. 2 : 1989 (FI
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Avant-propos
L‘ISO (organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I‘ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
e
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
mément aux procédures de
comités membres votants.
L‘additif 2 à I’ISO 4037 : 1979 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie
nucléaire.
L‘annexe A du présent additif est donnée uniquement à titre d’information.
O IS0 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l‘accord écrit de l‘éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 CH-121 1 Genève 20 Suisse
Imprimé en Suisse
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IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (FI
Rayonnements X et gamma de référence pour
l'étalonnage des dosimètres et débitmètres et pour la
détermination de leur réponse en fonction de l'énergie des
photons
0 ADDITIF 2: Rayonnements de photons de référence à des
énergies comprises entre 4 MeV et 9 MeV
-
désexcitation de l60 dans la réaction 19F(p,cry)i60
1 Domaine d'application
(voir 3.21,
Le présent additif à 1'1S0 4037 prescrit les rayonnements de
-
désexcitation de 12C (voir 3.3).
photons de référence pour la détermination de la réponse des
dosimètres et débitmètres utilisés en radioprotection à des
-
capture radiative de neutrons thermiques (voir 3.41,
énergies de photons comprises entre 4 MeV et 9 MeV. Les
rayonnements de référence dans ce domaine d'énergie sont
-
décroissance radioactive de 16N (voir 3.5).
donnés en raison des champs de photons de 6 MeV produits
par de nombreuses centrales nucléaires et autres systèmes de
réacteurs nucléaires. Les rayonnements de référence sont limi-
tés aux énergies spécifiées dans la mesure où la variation de la
3.2 Rayonnements de photons de référence
réponse de la plupart des dosimètres et débitmètres en fonction
produits par désexcitation de I6O dans la réaction
e de l'énergie des photons ne présente pas de discontinuité dans
19~(~,~~)160il, 2 et 31
ce domaine d'énergie.
Ces rayonnements de référence doivent être produits en utili-
sant un accélérateur de particules pour bombarder une cible de
2 Définitions
fluor (habituellement CaF,) avec des protons en utilisant la
réaction 19F (p,~cy)'~O.
Pour les besoins du présent additif, les définitions données
dans 1'1S0 4037: 1979, 3.3.1, s'appliquent.
Les niveaux d'énergie et les probabilités d'émission des pho-
tons produits par cette réaction avec des protons incidents
d'énergie de 340,5 keV frappant une cible mince sont présentés
Dans le présent additif, le terme ((kerma dans l'air)) doit être uti-
à la figure 1. Pour cette énergie de proton, la probabilité de
lisé comme grandeur dosimétrique.
décroissance d'un état l60 excité par l'intermédiaire du niveau
de 6,05 MeV par émission d'une paire électron-positron est
inférieure à 2 %, la probabilité de décroissance par émission de
photons de 6.13 MeV est de 97 % et l'écart par rapport à
3 Rayonnements de référence
l'émission isotropique de ces photons est inférieur à 3,5 %.
Pour des énergies de protons plus élevées, la contribution rela-
3.1 Généralités
tive des photons de 6,13 MeV diminue au profit de photons
d'énergie plus élevée, il se produit également une augmentation
Les rayonnements de photons de référence doivent être pro- de la contribution de réactions parasites, par exemple (p, p'y) et
duits par l'une des réactions suivantes : production de paires.
1
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16N
MeV.
6,917 b
Figure 1 - Niveaux d’énergie et probabilités d’émission de photons produits par décroissance radioactive de 16N
(à gauche) et par désexcitation de l60 pour une énergie de proton incident de 340.5 keV sur I9F (à droite)
dement) en fonction de l’énergie des protons. A mesure que
16
l’épaisseur de la cible augmente (ainsi que la perte d’énergie des
r
58
En fonction du rendement requis, l‘énergie des protons, choisie
?!
c
pour produire le rayonnement de référence, doit être soit l’une
$6
des énergies de résonance (W,5 keV ou 872,l keV), soit une
E
énergie appropriée comprise entre 2 MeV et 3 MeV. S’il faut un U
rendement élevé et si une contribution parasite au kerma dans
a
l’air d‘environ 4 % peut être tolérée, il convient d’utiliser des
2.
protons d’une énergie proche de 2,7 MeV arrivant sur une cible
d’environ 6 mg.cm-* d‘épaisseur (voir également 5.3). Pour
obtenir le rayonnement de référence le plus pur possible, il est O
recommandé d‘utiliser des protons de 34Q5 keV, dans la 0 O& 08 22 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6
mesure où des débits plus faibles de kerma dans l‘air sont
Énergie des protons, MeV
acceptables. Pour des protons de résonance de 340,5 keV,
l’étalonnage doit être effectué successivement à l’énergie de Figure 2 - Rendement en photons d’une cible mince
résonance et à une énergie décalée de - 10 keV, afin de per-
en fonction de l’énergie des protons pour
mettre de mesurer l’effet de tout rayonnement de faible énergie
la réaction I9F (p,a~)~~O
2
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et hors résonance provenant de l'accélérateur. La différence Tableau 1 - Rendements de photons et débits de kerma
entre l'étalonnage en résonance et l'étalonnage hors résonance
dans l'air pour des énergies de protons déterminées et un
doit être considérée comme provenant seulement du rayonne- courant de protons de 1 pA
ment de photons de 6.13 MeV et des électrons associés. II con-
vient de prendre soin de ne pas introduire dans l'accélérateur Débit de kerma
Énergie des Rendement de
dans l'air
d'autre fluor que celui de la cible.
protons photons
à 1 m de la cible
Le tableau 1 donne les rendements typiques et les débits de
S-1 pGy.h-1
kerma dans l'air pour quatre énergies différentes de protons
0,340 5 (résonance)
105 0,05
incidents, pour un courant de protons de 1 pA et une cible
0,872 1 (résonance) 106
0,s
d'environ 6 mg.cm-2 d'épaisseur (la perte d'énergie des pro-
2,05
6 x 107 30
tons dans la cible est d'environ 600 keV pour un proton incident
2 x 108 100
2,7
de 2,7 MeV).
La figure 3 représente une distribution-type des hauteurs
d'impulsions produites avec des protons de 2,7 MeV et une
La cible doit consister en une couche de carbone d'une haute
cible d'environ 6 mg.cm -2 d'épaisseur.
pureté.
NOTE - La figure 3 aussi bien que les figures 4,6 et 7 représentent des
Si l'on utilise du carbone naturel, deux autres réactions vont
distributions de hauteurs d'impulsions et ont été données uniquement
à des fins d'illustration. Ces distributions n'ont pas été corrigées pour entrer en concurrence avec ia réaction 12~ (p, pry)% :
tenir compte de la réponse du détecteur. La forme des spectres de pho-
tons du rayonnement de référence sera différente, étant donné que le
-
1% (p,p'y) l3C, produisant un rayonnement de pho-
rendement du pic photoélectrique du détecteur diminue de facon
tons de 3,09 MeV; et
importante avec l'énergie des photons. Les informations concernant
les spectres corrigés pour les photons provenant de la réaction
- 13C (p,n) 13N, produisant des photons de dématériali-
l9F (p.ccyi160 sont données en i41.
sation de 0,511 MeV, générés par la décroissance des posi-
tons de 13N dont la demi-vie est de 9,96 min. L'état d'équili-
3.3 Rayonnements de photons de référence
bre entre la production et la décroissance de 13N est atteint
produits par désexcitation de '*C L5]
environ 20 min après le début de la réaction (c'est-à-dire
lorsque le faisceau de protons est émis).
Ces rayonnements de référence doivent être produits en utili-
sant un accélérateur de particules pour bombarder une cible de
carbone avec des protons aboutissant au niveau le moins excité Les rapports des rendements des raies de 4,44 MeV et
de 12C à 4,44 MeV, suivi d'une désexcitation selon la réaction 3.09 MeV et des raies de 4.44 MeV et 0,511 MeV sont indépen-
12c (p,pfy)'2C.
dants de l'énergie des protons.
13 MeV-T--
1
L
.- :I
732 MeV
m
6,92 MeV
m
L
m Cl
U>
O
.-
U>
-
3
- e
U I I l I I I h
O 025 05 1 2 3 4 5 6 7
Énergie, MeV
Figure 3 - Distribution des hauteurs d'impulsions enregistrée lors de la désexcitation de l60 avec
un détecteur Ge(Li)[21 [Epaisseur de la cible: = 6 rng.cm-* CaF,; énergie des protons: 2.7 MeV;
réactions: 19F (p.ay)160 et 19F (p,p'y)lgFl
3
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IS0 4037 : 1979/Add. 2 : 1989 (FI
Pour utiliser le rayonnement ainsi produit comme rayonnement
Pour un courant de protons de 1 PA, une énergie de protons de
de référence entre 4 MeV et 9 MeV, ses composantes de faible
5,5 MeV et une distance de 1 m de la cible, les débits de
énergie doivent être atténuées ou éliminées au moyen d'une fil-
fluence de photons sont d'environ 160 cm-2.s-1,
tration additionnelle appropriée. La contribution individuelle
12 cm-2.s-1 et 1 800 cm-2.s-1, et les débits de kerma dans
des différentes raies du spectre au kerma dans l'air total dépend
l'air sont respectivement d'environ 1,4 pGy. h - l, 0,46 pGy. h -
et 85 pGy.h-' pour des raies de 0,511 MeV, 3,09 MeV, et de l'importance de la filtration additionnelle. Avec une filtration
adéquate, l'énergie effective du rayonnement de référence peut
4,44 MeV respectivement. La figure 4 représente une distri-
et passer de 5 MeV à 6,5 MeV pour le titane et
être augmentée
bution-type des hauteurs d'impulsions.
d'environ 7 MeV à 8,5 MeV pour le nickelr6].
6 montre une distribution-type des hauteurs d'impul-
La figure
3.4 Rayonnements de référence produits par la sions pour une cible en titane et la figure 7, une distribution-
type des hauteurs d'impulsions pour une cible en nickel, les
réaction de capture radiative de neutrons
énergies de référence correspondantes étant respectivement
thermiques dans le titane ou le nickel
6,4 MeV et 8,l Les distributions des deux figures 6 et 7
n'ont pas été corrigées pour tenir compte de la réponse du
Ces faisceaux doivent être produits par la réaction de capture
détecteur. Dans les deux cas, la filtration produite par la cible
(n, y) dans une cible de titane ou de nickel en utilisant un réac-
elle-même, par I'absorbeur de neutrons (polyéthylène boré de
teur comme source de neutrons. La figure 5 représente un
10 cm d'épaisseur) et par le moniteur de faisceau est renforcée
exemple d'installation d'irradiation [@. Des spectres multiraies
...
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