ISO 19581:2017
(Main)Measurement of radioactivity — Gamma emitting radionuclides — Rapid screening method using scintillation detector gamma-ray spectrometry
Measurement of radioactivity — Gamma emitting radionuclides — Rapid screening method using scintillation detector gamma-ray spectrometry
ISO 19581 specifies a screening test method to quantify rapidly the activity concentration of gamma-emitting radionuclides, such as 131I, 132Te, 134Cs and 137Cs, in solid or liquid test samples using gamma-ray spectrometry with lower resolution scintillation detectors as compared with the HPGe detectors (see IEC 61563). This test method can be used for the measurement of any potentially contaminated environmental matrices (including soil), food and feed samples as well as industrial materials or products that have been properly conditioned. Sample preparation techniques used in the screening method are not specified in ISO 19581, since special sample preparation techniques other than simple machining (cutting, grinding, etc.) should not be required. Although the sampling procedure is of utmost importance in the case of the measurement of radioactivity in samples, it is out of scope of ISO 19581; other international standards for sampling procedures that can be used in combination with ISO 19581 are available (see References [1],[2],[3],[4],[5],[6]). The test method applies to the measurement of gamma-emitting radionuclides such as 131I, 134Cs and 137Cs. Using sample sizes of 0,5 l to 1,0 l in a Marinelli beaker and a counting time of 5 min to 20 min, decision threshold of 10 Bq·kg−1 can be achievable using a commercially available scintillation spectrometer [e.g. thallium activated sodium iodine (NaI(Tl)) spectrometer 2" ϕ × 2" detector size, 7 % resolution (FWHM) at 662 keV, 30 mm lead shield thickness]. This test method also can be performed in a "makeshift" laboratory or even outside a testing laboratory on samples directly measured in the field where they were collected. During a nuclear or radiological emergency, this test method enables a rapid measurement of the sample activity concentration of potentially contaminated samples to check against operational intervention levels (OILs) set up by decision makers that would trigger a predetermined emergency response to reduce existing radiation risks[12]. Due to the uncertainty associated with the results obtained with this test method, test samples requiring more accurate test results can be measured using high-purity germanium (HPGe) detectors gamma-ray spectrometry in a testing laboratory, following appropriate preparation of the test samples[7][8]. ISO 19581 does not contain criteria to establish the activity concentration of OILs.
Mesurage de la radioactivité — Radionucléides émetteurs gamma — Méthode d'essai de dépistage par spectrométrie gamma utilisant des détecteurs par scintillation
Le présent document spécifie une méthode d'essai de présélection pour quantifier rapidement l'activité volumique des radionucléides émetteurs gamma tels que l'131I, le 132Te, le 134Cs et le 137Cs, dans des échantillons pour essai solides ou liquides par spectrométrie gamma à l'aide de détecteurs à scintillation de résolution inférieure à celle des détecteurs HPGe (voir l'IEC 61563). Cette méthode d'essai peut être utilisée pour mesurer les matrices environnementales potentiellement contaminées (y compris le sol), les échantillons d'aliment ainsi que les matériaux ou produits industriels adéquatement conditionnés. Les techniques de préparation des échantillons utilisées dans la méthode de présélection ne sont pas spécifiées dans le présent document car, hormis un simple traitement (découpage, broyage, etc.), aucune technique spéciale de préparation des échantillons n'est requise. Même si le mode opératoire d'échantillonnage est capital dans le cas du mesurage de la radioactivité dans les échantillons, il ne fait pas partie du domaine d'application du présent document; d'autres normes internationales relatives aux modes opératoires d'échantillonnage utilisables avec le présent document sont disponibles (voir les Références [1],[2],[3],[4],[5],[6]). La méthode d'essai s'applique au mesurage des radionucléides émetteurs gamma tels que l'131I, le 134Cs et le 137Cs. En utilisant des volumes d'échantillon de 0,5 l à 1,0 l dans un bécher Marinelli et une durée de comptage de 5 min à 20 min, un seuil de décision de 10 Bq kg−1 peut être obtenu à l'aide d'un spectromètre à scintillations disponible dans le commerce [par exemple spectromètre équipé d'un cristal d'iodure de sodium activé au thallium (NaI(Tl)) ayant un détecteur d'une dimension de 2" ϕ × 2", d'une résolution de 7 % (FWHM) à 662 keV, d'une épaisseur de plomb de 30 mm]. Cette méthode d'essai peut également être effectuée dans un laboratoire «improvisé» voire à l'extérieur d'un laboratoire d'essai sur des échantillons directement mesurés sur leur lieu de prélèvement. Dans une situation d'urgence nucléaire ou radiologique, cette méthode d'essai permet de mesurer rapidement l'activité volumique d'échantillons potentiellement contaminés pour la comparer aux niveaux opérationnels d'intervention (NOI) définis par les responsables et qui devraient provoquer une intervention d'urgence prédéterminée pour réduire les risques liés aux rayonnements existants[12]. En raison de l'incertitude associée aux résultats obtenus avec cette méthode d'essai, les échantillons pour essai nécessitant des résultats d'essai plus précis peuvent être mesurés par spectrométrie gamma à détecteurs en germanium à haute pureté (HPGe) dans un laboratoire d'essai, après une préparation appropriée des échantillons pour essai[7][8]. Le présent document ne comprend aucun critère permettant d'établir l'activité volumique des NOI.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19581
First edition
2017-10
Measurement of radioactivity —
Gamma emitting radionuclides
— Rapid screening method using
scintillation detector gamma-ray
spectrometry
Mesurage de la radioactivité — Radionucléides émetteurs gamma —
Méthode d'essai de dépistage par spectrométrie gamma utilisant des
détecteurs par scintillation
Reference number
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©
ISO 2017
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ISO 19581:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and units . 3
5 Principle . 4
6 Apparatus . 6
7 Sample container . 7
8 Procedure. 7
8.1 Packaging of samples for measuring purposes . 7
8.2 Calibration . 8
8.2.1 General. 8
8.2.2 Reference source . 8
8.2.3 Check source . 8
8.2.4 Energy calibration . 8
8.2.5 Detection efficiency calibration . 9
8.3 Validation of the screening level .11
8.4 Screening procedure .11
8.4.1 Total spectrum counting / Single channel analyser counting .11
8.4.2 Multichannel analyser counting .12
8.4.3 Effect of sample density .13
9 Test report .13
Annex A (informative) Example of application of ISO 19581 for radio-caesium screening .15
Bibliography .18
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ISO 19581:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO 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, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,
as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the
Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical committee ISO/TC 85, Nuclear Energy, nuclear technologies,
and radiological protection, Subcommittee SC 2, Radiological protection.
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ISO 19581:2017(E)
Introduction
Everyone is exposed to natural radiation. The natural sources of radiation are cosmic rays and
naturally occurring radioactive substances which exist in the earth and within the human body. Human
activities involving the use of radiation and radioactive substances add to the radiation exposure
from this natural exposure. Some of those activities, such as the mining and use of ores containing
naturally-occurring radioactive materials (NORM) and the production of energy by burning coal that
contains such substances, simply enhance the exposure from natural radiation sources. Nuclear power
plants and other nuclear installations use radioactive materials and produce radioactive effluent and
waste during operation and on their decommissioning. The use of radioactive materials in industry,
agriculture and research is expanding around the globe.
All these human activities give rise to radiation exposures that are only a small fraction of the global
average level of natural exposure. The medical use of radiation is the largest and a growing man-made
source of radiation exposure in developed countries. It includes diagnostic radiology, radiotherapy,
nuclear medicine and interventional radiology.
Radiation exposure also occurs as a result of occupational activities. It is incurred by workers in
industry, medicine and research using radiation or radioactive substances, as well as by passengers
and crew during air travel and for astronauts. The average level of occupational exposures is generally
[11]
below the global average level of natural radiation exposure .
As uses of radiation increase, so do the potential health risk and the public's concerns. Thus, all these
exposures are regularly assessed in order to
a) improve the understanding of global levels and temporal trends of public and worker exposure
b) to evaluate the components of exposure so as to provide a measure of their relative importance, and
c) to identify emerging issues that may warrant more attention and study.
While doses to workers are mostly directly measured, doses to the public are usually assessed by
indirect methods using radioactivity measurements results performed on various sources: waste,
effluent and/or environmental samples.
To ensure that the data obtained from radioactivity monitoring programs support their intended use, it
is essential that the stakeholders (for example, nuclear site operators, regulatory and local authorities)
agree on appropriate methods and procedures for obtaining representative samples and then
handling, storing, preparing and measuring the test samples. A assessment of the overall measurement
uncertainty needs also to be carried out systematically. As reliable, comparable and ‘fit for purpose’
data are an essential requirement for any public health decision based on radioactivity measurements,
international standards of tested and validated radionuclide test methods are an important tool for
the production of such measurement results. The application of standards serves also to guarantee
comparability over time of the test results and between different testing laboratories. Laboratories
apply them to demonstrate their technical qualifications and to successfully complete proficiency
tests during interlaboratory comparison, two prerequisites for obtaining national accreditation.
Today, over a hundred international standards, prepared by Technical Committees of the International
Standardization Organization, including those produced by ISO/TC85, and the International
Electrotechnical Commission (IEC), are available for application by testing laboratories to measure the
main radionuclides.
Generic standards help testing laboratories to manage the measurement process by setting out the
general requirements and methods to calibrate and validate techniques. These standards underpin
specific standards which describe the test methods to be performed by staff, for example, for different
types of sample. The specific standards cover test methods for:
40 3 14
— Naturally-occurring radionuclides (including K, H, C and those originating from the thorium
226 228 234 238 210
and uranium decay series, in particular Ra, Ra, U, U, Pb) which can be found in
materials from natural sources or can be released from technological processes involving naturally
© ISO 2017 – All rights reserved v
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ISO 19581:2017(E)
occurring radioactive materials (e.g. the mining and processing of mineral sands or phosphate
fertilizer production and use);
— Human-made radionuclides, such as transuranium elements (americium, plutonium, neptunium,
3 14 90
and curium), H, C, Sr and gamma emitting radionuclides found in waste, liquid and gaseous
effluent, in environmental matrices (water, air, soil, biota) and food and feed as a result of authorized
releases into the environment and of fallout resulting from the explosion in the atmosphere of
nuclear devices and accidents, such as those that occurred in Chernobyl and Fukushima.
Environmental materials, including foodstuffs, thus may contain radionuclides at activity
concentrations which could present a risk to human health. In order to assess the potential human
exposure to radioactivity and to provide guidance on reducing health risks by taking measures to
decrease radionuclide activity concentrations, the environment and foodstuffs are routinely monitored
for radioactivity content as recommended by the World Health Organization (WHO). Gamma-emitting
radionuclides are usually quantified in environmental and food samples by gamma-ray spectrometry
using High Purity Germanium (HPGe) gamma-ray spectrometry. Following a nuclear accident, a
screening approach based on rapid test methods is recommended to help the decision makers to decide
whether activity concentrations in environmental samples, feed and food samples are above or below
[12]
operational intervention levels (OILs) that are specifically set up to manage nuclear and radiological
emergency. During nuclear emergency response, these default radionuclide specific OILs for food, milk
and water concentrations from laboratory analysis would be used to measure the effectiveness of
[12][13]
protective actions and contribute to determining any further actions required .
In 1989, following the Chernobyl accident, the first version of the Codex Guideline Levels (GLs) for
Radionuclides in Foods Contaminated Following a Nuclear or Radiological Emergency (in the following
referred to as “Codex GLs”) was adopted. The Codex GLs were reviewed in 2006 and are included
[14][15]
in the General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feeds . During a nuclear
106 106 131
emergency situation, the Codex GLs for gamma-emitting radionuclides such as Ru/ Rh and I is
−1 60 103 137 134 144 −1
100 Bq·kg ; the GL for Co, Ru, Cs and Cs, Ce is higher at 1000 Bq·kg but a lower limit of
−1
100 Bq·kg still applies for foods for infants. Default radionuclide specific OILs for food, milk and water
concentrations from laboratory analysis set up by FAO, IAEA, ILO, OECD/NEA, PAHO, OCHA, WHO were
[16]
recently revised .
NOTE The Codex GLs are the activity concentration in foods that would result in an effective dose of
1 mSv/year for members of the Public (infant and adult) in accordance with the most recent recommendations
of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) considering that 550 kg of food is consumed
per year by an adult and 200 kg of food and milk is consumed per year by an infant, with 10 % of the diet is of
imported food, all of which is contaminated giving an import to production factor of 0,1. For convenience the
GL values were rounded, and radionuclides with ingestion dose coefficients of similar magnitudes grouped
and given similar GLs values. However, separate GLs were derived for infants and adults due to differences in
radionuclide absorption, metabolism and sensitivity to radiation.
Emergency preparedness should include planning for the implementation of optimized test methods
that can provide rapid estimates of activity concentration to be checked against OILs. Thus, an
international standard on a screening method using Gamma-Ray Spectrometry is justified for use
by testing laboratories carrying out measurements of gamma-emitting radionuclides during an
emergency situation. Such laboratories are intended to obtain a specific accreditation for radionuclide
measurement in environmental and/or food samples.
This document describes, after proper sampling, sample handling and preparation, a screening method
to quantify rapidly the activity concentration of iodine and caesium in environmental, feedstuffs and
foodstuffs samples using scintillation spectrometer during an emergency situation.
This document is one of a set of generic international standards on measurement of radioactivity.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19581:2017(E)
Measurement of radioactivity — Gamma emitting
radionuclides — Rapid screening method using
scintillation detector gamma-ray spectrometry
WARNING — Persons using this document should be familiar with normal testing laboratory
practice. This standard does not purport to address all of the safety problems, if any, associated
with its use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health
practices and to ensure compliance with any national regulatory conditions.
IMPORTANT — It is absolutely essential that tests conducted according to this document be
carried out by suitably trained staff.
1 Scope
This document specifies a screening test method to quantify rapidly the activity concentration of
131 132 134 137
gamma-emitting radionuclides, such as I, Te, Cs and Cs, in solid or liquid test samples using
gamma-ray spectrometry with lower resolution scintillation detectors as compared with the HPGe
detectors (see IEC 61563).
This test method can be used for the measurement of any potentially contaminated environmental
matrices (including soil), food and feed samples as well as industrial materials or products that
have been properly conditioned. Sample preparation techniques used in the screening method
are not specified in this document, since special sample preparation techniques other than simple
machining (cutting, grinding, etc.) should not be required. Although the sampling procedure is of
utmost importance in the case of the measurement of radioactivity in samples, it is out of scope of this
document; other international standards for sampling procedures that can be used in combination with
this document are available (see References [1],[2],[3],[4],[5],[6]).
131 134
The test method applies to the measurement of gamma-emitting radionuclides such as I, Cs
137
and Cs. Using sample sizes of 0,5 l to 1,0 l in a Marinelli beaker and a counting time of 5 min to
−1
20 min, decision threshold of 10 Bq·kg can be achievable using a commercially available scintillation
spectrometer [e.g. thallium activated sodium iodine (NaI(Tl)) spectrometer 2” ϕ × 2” detector size, 7 %
resolution (FWHM) at 662 keV, 30 mm lead shield thickness].
This test method also can be performed in a “makeshift” laboratory or even outside a testing laboratory
on samples directly measured in the field where they were collected.
During a nuclear or radiological emergency, this test method enables a rapid measurement of the sample
activity concentration of potentially contaminated samples to check against operational intervention
levels (OILs) set up by decision makers that would trigger a predetermined emergency response to
[12]
reduce existing radiation risks .
Due to the uncertainty associated with the results obtained with this test method, test samples requiring
more accurate test results can be measured using high-purity germanium (HPGe) detectors gamma-ray
[7][8]
spectrometry in a testing laboratory, following appropriate preparation of the test samples .
This document does not contain criteria to establish the activity concentration of OILs.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 19581:2017(E)
ISO 11929, Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of the
confidence interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
IEC 61453, Nuclear instrumentation — Scintillation gamma ray detector systems for the assay of
radionuclides – Calibration and routine tests
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms, definitions, and the symbols and abbreviations given in
ISO 80000-10 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
3.1
blank sample
sample, liquid or solid, with very low to no activity for radiation of the same type and region of interest,
with a mass and a composition as close as possible to those of the test sample
3.2
emergency
non-routine situation that necessitates prompt action, primarily to mitigate a hazard or adverse
consequences for human life and health, property and the environment
[SOURCE: IAEA safety glossary 2016 Rev.]
Note 1 to entry: This includes nuclear and radiological emergencies and conventional emergencies such as
fires, release of hazardous chemicals, storms or earthquakes. It includes situations for which prompt action is
[12]
warranted to mitigate the effects of a perceived hazard .
3.3
operational intervention level
OIL
set level of a measurable quantity that corresponds to a generic criterion
[SOURCE: IAEA safety glossary 2016 Rev. Mod]
Note 1 to entry: OILs are calculated levels, measured by instruments or determined by laboratory analysis,
that corresponds to an intervention level or action level. These are typically expressed in terms of dose rates
or of activity of radioactive material released, time integrated air activity concentrations, ground or surface
concentrations, or activity concentrations of radionuclides in environmental, food or water samples. OILs are
used immediately and directly (without further assessment) to determine the appropriate protective actions on
[12]
the basis of an environmental measurement .
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ISO 19581:2017(E)
3.4
reference level
level of dose, risk or activity
concentration above which it is not appropriate to plan exposures to occur and below which optimization
of protection and safety would continue to be implemented
[SOURCE: IAEA safety glossary 2016 Rev.]
Note 1 to entry: The chosen value for a reference level depends upon the prevailing circumstances of the exposure
[13]
under consideration . Above the reference level, it is judged that the risks from exposure are not justified and
therefore is not allowed to occur. Below the reference level, optimization of personnel protection needs to be
implemented to keep exposures as low as reasonably achievable (ALARA).
3.5
screening level
SL
values that are set up by the laboratory taking into account the characteristics of the measuring
equipment and the test method to guarantee that the test result and its uncertainty obtained are fit for
purpose for comparison with the operational intervention levels (OILs)
Note 1 to entry: The screening level is less than the OIL. Therefore food is safe for consumption if the screening
[16]
level is not exceeded. Actions to take, if the food is not safe for consumption, are given in Reference .
4 Symbols and units
A Activity of each radionuclide in reference source, at the measurement time, in becquerels
c Activity concentration of each radionuclide expressed in becquerels per kilogram
A
c Activity concentration that corresponds to the screening level of each radionuclide
A,SL
expressed in becquerels per kilogram
c Activity concentration that corresponds to the OIL of each radionuclide expressed in
A,RL
becquerels per kilogram
Decision threshold, without and with corrections, in becquerels per kilogram
*
c
A
# Detection limit, without and with corrections, in becquerels per kilogram
c
A
Upper limits of the confidence interval, in becquerels per kilogram
c
A
R the ratio of the indicated value of a spectrometer to the conventional true value of spe-
i
cific radionuclide, i
ε Counting efficiency of the detector at energy, E
E
ε Radionuclide-specific counting efficiency of the detector at energy, E, of specific radi-
i,E
onuclide, i
n , Number of net counts in the gamma-ray energy region of interest, at energy E, in the
N,E
sample spectrum, in the calibration spectrum and in the spectrum obtained from the
n
Ns,E,
measurement of reference sample having activity that corresponds to the screening
n
level, respectively
N,SL,E
n , n , Number of gross counts in the gamma-ray energy region of interest, at energy E, in the
g,E gb,E
sample spectrum, in the background spectrum, in the calibration spectrum and in the
n n
gs,E g,SL,E
spectrum obtained from the measurement of reference sample having activity that
corresponds to the screening level, respectively
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ISO 19581:2017(E)
P Probability of the emission of a gamma ray with energy, E, of each radionuclide, per decay
E
R Response of the detector/radiometer to the reference activity of radionuclide, i
i
t Sample counting live time, in seconds
g
T Background counting live time, in seconds
b
t Reference source counting live time, in seconds
s
t Counting live time, in seconds, of a reference sample with an activity corresponding to
SL
a screening level
t The two sided t-distribution with k-1 degree of freedom and α two sides probability
k-1,α
u(c ) Standard uncertainty associated with the measurement result c , without and with
A A
corrections, in becquerels per kilogram
U Expanded uncertainty calculated by U = k ·u (c ) with k = 1, 2., in becquerels per kilogram
A
m Mass of the sample for test, in kilograms
α, β Probability of a false positive and false negative decision, respectively
1−γ Probability for the coverage interval of the measurand
5 Principle
During a nuclear or radiological emergency, it is essential to measure rapidly the activity concentration
in samples from the environment and potentially contaminated foodstuffs and feed to protect
workers and the public, in accordance with international standards, by keeping doses below the dose
[13]
reference levels . It is recognized among organizations responsible for emergency management
that good preparedness can substantially improve the emergency situation response. Thus default
OILs for food are set up by national authorities, and measurement procedures using commonly
available contamination screening equipment are implemented to meet the OILs criteria. This should
be carried out as part of the emergency preparedness process. The process of assessing radionuclide
concentrations in food, milk and water is shown in Figure 1. During the process of assessing radionuclide
concentrations in food, milk and water the potentially contaminated food should be screened over a
wide area and analysed to determine promptly the activity concentration of gross and/or individual
radionuclides. If the OIL are not exceeded, the food, milk and water are safe for consumption during
the emergency phase. If an OIL is exceeded, the radionuclide specific concentrations in the food, milk or
[17]
water should be determined. Finally, as soon as possible the guidance in Reference should be used
to determine whether the food, milk or water is suitable for international trade, and national criteria or
[18]
WHO guidance should be used to determine whether the food, milk or water is suitable for long term
[16]
consumption after the emergency phase .
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Figure 1 — Example of process of assessing radionuclide concentrations in food
[16]
(see explanations in the text and modified from Reference )
Laboratories shall make the necessary arrangements to be able to perform appropriate and reliable
analyses of environmental and food/feed samples for the purposes of an emergency response. Thus,
a screening approach is required, using a fast test method that rapidly provides test results to the
decision maker in order to determine whether food and/or feed is suitable for human and/or animal
consumption during the post-accident monitoring period and for international trade.
The main radioactive materials released into the atmosphere during a power plant nuclear accident are
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19581
Première édition
2017-10
Mesurage de la radioactivité —
Radionucléides émetteurs gamma
— Méthode d'essai de dépistage par
spectrométrie gamma utilisant des
détecteurs par scintillation
Measurement of radioactivity — Gamma emitting radionuclides
— Rapid screening method using scintillation detector gamma-ray
spectrometry
Numéro de référence
ISO 19581:2017(F)
©
ISO 2017
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ISO 19581:2017(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 19581:2017(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et unités . 3
5 Principe . 4
6 Appareillage . 6
7 Récipient à échantillon . 7
8 Mode opératoire. 8
8.1 Emballage des échantillons pour le mesurage . 8
8.2 Étalonnage . 8
8.2.1 Généralités . 8
8.2.2 Source de référence . 8
8.2.3 Source de contrôle . 8
8.2.4 Étalonnage en énergie . 9
8.2.5 Étalonnage du rendement de détection .10
8.3 Validation du niveau de présélection .11
8.4 Mode opératoire de présélection .12
8.4.1 Comptage du spectre total/par analyseur monocanal .12
8.4.2 Comptage par analyseur multicanaux .13
8.4.3 Effet de la masse volumique de l’échantillon .13
9 Rapport d’essai .14
Annexe A (informative) Exemple d’application de l’ISO 19581 pour la présélection du
radiocésium .16
Bibliographie .19
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 19581:2017(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'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 l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute autre information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de
l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC),
voir le lien suivant: www .iso .org/iso/foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.
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ISO 19581:2017(F)
Introduction
Tout individu est exposé à des rayonnements naturels. Les sources naturelles de rayonnement sont les
rayons cosmiques et les substances radioactives naturelles présentes dans la terre et à l’intérieur du
corps humain. Les activités anthropiques impliquant l’utilisation de rayonnements et de substances
radioactives s’ajoutent à l’exposition aux rayonnements découlant de cette exposition naturelle.
Certaines de ces activités, dont l’exploitation minière et l’utilisation de minerais contenant des matières
radioactives naturelles (MRN) ainsi que la production d’énergie par combustion du charbon contenant
ces substances, augmentent simplement l’exposition des sources naturelles de rayonnement. Les
centrales nucléaires et autres installations nucléaires utilisent des matières radioactives et produisent
des effluents et des déchets radioactifs au moment de leur fonctionnement et de leur déclassement.
L’utilisation de matières radioactives dans les domaines de l’industrie, de l’agriculture et de la recherche
connaît un essor mondial.
Toutes ces activités anthropiques provoquent des expositions aux rayonnements qui ne représentent
qu’une petite fraction du niveau moyen d’exposition naturelle dans le monde. Dans les pays développés,
l’utilisation de rayonnements à des fins médicales est la source artificielle d’exposition aux rayonnements
la plus importante et croissante. Elle comprend la radiologie diagnostique, la radiothérapie, la médecine
nucléaire et la radiologie interventionnelle.
L’exposition aux rayonnements découle également d’activités professionnelles. Elle est subie par les
employés des secteurs de l’industrie, de la médecine et de la recherche qui utilisent des rayonnements
ou des substances radioactives, ainsi que par les passagers et le personnel navigant pendant les voyages
aériens et par les astronautes. Le niveau moyen des expositions professionnelles est généralement
[11]
inférieur au niveau moyen mondial des expositions naturelles aux rayonnements .
Du fait de l’utilisation croissante des rayonnements, le risque potentiel pour la santé et les
préoccupations du public augmentent. Ainsi, toutes ces expositions sont régulièrement évaluées pour:
a) mieux connaître les niveaux mondiaux et les tendances temporelles de l’exposition du public et des
travailleurs,
b) évaluer les composantes de l’exposition afin de mesurer leur importance relative, et
c) identifier les nouveaux enjeux susceptibles de mériter plus d’attention et de vigilance.
Alors que les doses reçues par les travailleurs sont pour la plupart mesurées directement, celles reçues
par le public sont généralement évaluées par des méthodes indirectes utilisant des mesures de la
radioactivité obtenues sur différentes sources: déchets, effluents et/ou échantillons d’environnement.
Pour s’assurer que les données obtenues dans le cadre des programmes de contrôle de la radioactivité
permettent leur utilisation prévue, il est essentiel que les parties prenantes (par exemple opérateurs de
sites nucléaires, organismes réglementaires et autorités locales) se mettent d’accord sur les méthodes
et les modes opératoires appropriés pour obtenir des échantillons représentatifs puis pour manipuler,
stocker, préparer et mesurer les échantillons pour essai. Une évaluation de l’incertitude de mesure
globale doit également être effectuée systématiquement. Il est essentiel de disposer de données fiables,
comparables et adaptées pour prendre une décision de santé publique fondée sur des mesures de la
radioactivité. Les normes internationales et les méthodes d’essai des radionucléides validées sont donc
un outil important pour produire de tels résultats de mesure. L’application de normes sert également
à garantir la comparabilité dans le temps des résultats d’essai et entre différents laboratoires d’essai
qui peuvent appliquer ces normes pour démontrer leurs compétences techniques et réaliser des essais
d’aptitude lors de comparaisons interlaboratoires, deux préalables à l’obtention de l’accréditation
nationale. Aujourd’hui, plus d’une centaine de normes internationales, élaborées par les comités
techniques de l’Organisation internationale de normalisation, y compris celles préparées par l’ISO/
TC 85, et par la Commission électrotechnique internationale (IEC), sont disponibles afin d’être
appliquées par les laboratoires d’essai pour mesurer les principaux radionucléides.
Les normes génériques aident les laboratoires d’essai à maîtriser leur processus de mesure en
définissant les exigences générales et des méthodes d’étalonnage et de validation des techniques.
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ISO 19581:2017(F)
Ces normes étayent les normes spécifiques qui décrivent les méthodes d’essai que le personnel doit
effectuer, par exemple, pour différents types d’échantillon. Les normes spécifiques s’appliquent aux
méthodes d’essai pour:
40 3 14
— les radionucléides naturels (notamment K, H, C et ceux issus de la chaîne de désintégration
226 228 234 238 210
du thorium et de l'uranium, en particulier l Ra, Ra, U, U, Pb), qui peuvent être
présents dans n’importe quelle matière d’origine naturelle ou qui peuvent être produits par des
processus technologiques impliquant des matières radioactives naturelles (par exemple extraction
et traitement des sables minéraux ou production et utilisation d'engrais phosphaté);
— les radionucléides artificiels, notamment les éléments transuraniens (américium, plutonium,
3 14 90
neptunium, curium), H, C, Sr et les radionucléides émetteurs gamma présents dans les déchets,
les effluents liquides et gazeux et les matrices environnementales (eau, air, sol, biote) et les aliments
en raison de rejets autorisés dans l’environnement et de retombées résultant de l’explosion dans
l’atmosphère de dispositifs nucléaires et d’accidents tels que survenus à Tchernobyl et Fukushima.
Les matériaux environnementaux, y compris les aliments, peuvent donc contenir des radionucléides
à des activités volumiques susceptibles de présenter un risque pour la santé humaine. Pour évaluer
l’exposition potentielle des individus à la radioactivité et pour donner des conseils en vue de réduire les
risques sanitaires en prenant des mesures visant à diminuer les activités volumiques des radionucléides,
le taux de radioactivité de l’environnement et des aliments est contrôlé en routine, conformément
aux recommandations de l’Organisation Mondiale pour la Santé (OMS). Les radionucléides émetteurs
gamma sont généralement quantifiés dans les échantillons d’environnement et d’aliment par
spectrométrie gamma au germanium de haute pureté (HPGe). Suite à un accident nucléaire, il est
recommandé d’appliquer une approche de présélection reposant sur des méthodes d’essai rapides
pour aider les responsables à décider si les activités volumiques dans les échantillons d’environnement
[12]
et d’aliment sont supérieures ou inférieures aux niveaux opérationnels d’intervention (NOI) qui
sont spécialement définis pour gérer les situations d’urgence nucléaires et radiologiques. Pendant
l’intervention d’urgence nucléaire, ces NOI spécifiques des radionucléides par défaut applicables aux
concentrations en aliment, lait et eau résultant de l’analyse en laboratoire devraient être utilisés
pour mesurer l’efficacité des actions protectrices et contribuer à déterminer si d’autres actions sont
[12][13]
nécessaires .
En 1989, suite à l’accident de Tchernobyl, la première version des Niveaux de Référence (NR) du codex
pour les radionucléides dans les aliments contaminés suite à une urgence nucléaire ou radiologique (ci-
après appelés «NR du codex») a été adoptée. Les NR du codex ont été revus en 2006 et sont inclus dans
[14][15]
la norme générale pour les contaminants et les toxines dans les aliments . Dans une situation
106 106
d’urgence nucléaire, les NR du codex pour les radionucléides émetteurs gamma tels que le Ru/ Rh
131 −1 60 103 137 134 144
et l’ I sont de 100 Bq kg ; le NR pour le Co, le Ru, le Cs, le Cs et le Ce est supérieur
−1 −1
à 1 000 Bq kg mais une limite basse de 100 Bq kg demeure applicable aux aliments pour bébés.
Les NOI spécifiques des radionucléides par défaut applicables aux concentrations en aliment, lait et eau
résultant de l’analyse en laboratoire définis par la FAO, l’AIEA, l’OIT, l’OCDE/AEN, l’OPS, l’OCHA et l’OMS
[16]
ont été récemment revus .
NOTE Les NR du codex représentent les activités volumiques dans les aliments qui devaient produire une
dose efficace de 1 mSy/an pour les individus (bébés et adultes) conformément aux dernières recommandations
de la Commission Internationale sur la Radioprotection (CIRP) si l’on considère que 550 kg d’aliments sont
consommés chaque année par un adulte et 200 kg d’aliments et de lait sont consommés chaque année par un bébé,
10 % du régime alimentaire étant des aliments importés dont la totalité est contaminée, ce qui donne un facteur
de production importé de 0,1. Pour plus de commodité, les valeurs NR ont été arrondies et les radionucléides
ayant des coefficients de dose par ingestion similaires ont été regroupés et ont donné des valeurs NR similaires.
Cependant, différents NR ont été obtenus pour les bébés et les adultes, en raison des différences d’absorption des
radionucléides, de métabolisme et de sensibilité aux rayonnements.
Il convient que la préparation aux situations d’urgence inclue la planification de la mise en œuvre de
méthodes d’essai optimisées permettant de fournir des estimations rapides de l’activité volumique
à comparer aux NOI. Ainsi, il est justifié que les laboratoires d’essai effectuant les mesurages des
radionucléides émetteurs gamma pendant une situation d’urgence utilisent une Norme internationale
relative à une méthode de présélection par spectrométrie gamma. Ces laboratoires doivent obtenir une
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ISO 19581:2017(F)
accréditation spécifique pour mesurer les radionucléides dans les échantillons d’environnement et/ou
d’aliment.
Le présent document décrit, après un échantillonnage adéquat, une manipulation et une préparation
appropriées de l’échantillon, une méthode de présélection pour quantifier rapidement l’activité
volumique de l’iode et du césium dans les échantillons d’environnement et d’aliment à l’aide d’un
spectromètre à scintillation dans une situation d’urgence.
Le présent document fait partie d’une série de Normes internationales génériques sur le mesurage de la
radioactivité.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19581:2017(F)
Mesurage de la radioactivité — Radionucléides émetteurs
gamma — Méthode d'essai de dépistage par spectrométrie
gamma utilisant des détecteurs par scintillation
AVERTISSEMENT — Il convient que l’utilisateur du présent document connaisse bien les
pratiques courantes des laboratoires d’essai. La présente norme n’a pas pour but de traiter
de tous les problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à
l’utilisateur de la présente norme d’établir des pratiques appropriées en matière d’hygiène et de
sécurité et de s’assurer de la conformité à la réglementation nationale en vigueur.
IMPORTANT — Il est indispensable que les essais menés selon le présent document soient
effectués par un personnel convenablement formé.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode d’essai de présélection pour quantifier rapidement l’activité
131 132 134 137
volumique des radionucléides émetteurs gamma tels que l’ I, le Te, le Cs et le Cs, dans des
échantillons pour essai solides ou liquides par spectrométrie gamma à l’aide de détecteurs à scintillation
de résolution inférieure à celle des détecteurs HPGe (voir l’IEC 61563).
Cette méthode d’essai peut être utilisée pour mesurer les matrices environnementales potentiellement
contaminées (y compris le sol), les échantillons d’aliment ainsi que les matériaux ou produits industriels
adéquatement conditionnés. Les techniques de préparation des échantillons utilisées dans la méthode
de présélection ne sont pas spécifiées dans le présent document car, hormis un simple traitement
(découpage, broyage, etc.), aucune technique spéciale de préparation des échantillons n’est requise.
Même si le mode opératoire d’échantillonnage est capital dans le cas du mesurage de la radioactivité
dans les échantillons, il ne fait pas partie du domaine d’application du présent document; d’autres
normes internationales relatives aux modes opératoires d’échantillonnage utilisables avec le présent
document sont disponibles (voir les Références [1],[2],[3],[4],[5],[6]).
131
La méthode d’essai s’applique au mesurage des radionucléides émetteurs gamma tels que l’ I, le
134 137
Cs et le Cs. En utilisant des volumes d’échantillon de 0,5 l à 1,0 l dans un bécher Marinelli et une
−1
durée de comptage de 5 min à 20 min, un seuil de décision de 10 Bq kg peut être obtenu à l’aide d’un
spectromètre à scintillations disponible dans le commerce [par exemple spectromètre équipé d’un
cristal d’iodure de sodium activé au thallium (NaI(Tl)) ayant un détecteur d’une dimension de 2” ϕ × 2”,
d’une résolution de 7 % (FWHM) à 662 keV, d’une épaisseur de plomb de 30 mm].
Cette méthode d’essai peut également être effectuée dans un laboratoire «improvisé» voire à l’extérieur
d’un laboratoire d’essai sur des échantillons directement mesurés sur leur lieu de prélèvement.
Dans une situation d’urgence nucléaire ou radiologique, cette méthode d’essai permet de mesurer
rapidement l’activité volumique d’échantillons potentiellement contaminés pour la comparer aux
niveaux opérationnels d’intervention (NOI) définis par les responsables et qui devraient provoquer une
[12]
intervention d’urgence prédéterminée pour réduire les risques liés aux rayonnements existants .
En raison de l’incertitude associée aux résultats obtenus avec cette méthode d’essai, les échantillons
pour essai nécessitant des résultats d’essai plus précis peuvent être mesurés par spectrométrie gamma
à détecteurs en germanium à haute pureté (HPGe) dans un laboratoire d’essai, après une préparation
[7][8]
appropriée des échantillons pour essai .
Le présent document ne comprend aucun critère permettant d’établir l’activité volumique des NOI.
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ISO 19581:2017(F)
2 Références normatives
Les documents suivants sont référencés dans le texte de sorte qu’une partie ou la totalité de leur
contenu constitue les exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée
s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 11929, Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et extrémités
de l'intervalle de confiance) pour mesurages de rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et
applications
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10: Physique atomique et nucléaire
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
IEC 61453, Instrumentation nucléaire — Équipements avec détecteurs à scintillation de rayonnement
gamma pour le dosage des radionucléides — Étalonnage et essais individuels
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions, symboles et abréviations donnés dans
l'ISO 80000-10 ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
blanc
échantillon, liquide ou solide, ayant très peu ou pas d’activité de rayonnement du même type et de
la même gamme étudiée, avec une masse et une composition aussi proches que possible de celles de
l’échantillon pour essai
3.2
urgence
situation inhabituelle qui nécessite une action rapide, principalement pour atténuer un danger ou des
conséquences néfastes pour la santé et la sécurité des personnes, les biens et l’environnement
[SOURCE: Glossaire de sûreté de l’AIEA 2016 Rév.]
Note 1 à l'article: Ceci inclut les situations d’urgence nucléaires et radiologiques ainsi que les situations d’urgence
habituelles telles que les incendies, le rejet de produits chimiques dangereux, les tempêtes ou les séismes. Sont
incluses les situations dans lesquelles il est justifié d’entreprendre une action rapide pour atténuer les effets d’un
[12]
danger perçu .
3.3
niveau opérationnel d’intervention
NOI
niveau défini d’une grandeur mesurable qui correspond à un critère générique
[SOURCE: Glossaire de sûreté de l’AIEA 2016 Rév. Mod]
Note 1 à l'article: Les NOI sont des niveaux calculés, mesurés à l’aide d’instruments ou déterminés par analyse
en laboratoire, qui correspondent à un niveau d’intervention ou à un niveau d’action. Ils sont habituellement
exprimés en termes de débits de dose ou d’activité de matières radioactives rejetées, d’activités volumiques
dans l’air intégrées sur le temps, de concentrations sur le sol ou les surfaces, ou d’activités volumiques des
radionucléides dans des échantillons d’environnement, d’aliment ou d’eau. Les NOI sont utilisés immédiatement
et directement (sans autre évaluation) pour déterminer les actions protectrices appropriées sur la base de
[12]
mesurages environnementaux .
2 © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 19581:2017(F)
3.4
niveau de référence
niveau de dose,
de risque ou d’activité volumique au-dessus duquel il n’est pas approprié de prévoir des expositions et
au-dessous duquel l’optimisation de la protection et de la sécurité devrait être maintenue
[SOURCE: Glossaire de sûreté de l’AIEA 2016 Rév.]
Note 1 à l'article: La valeur choisie pour un niveau de référence dépend des circonstances de l’exposition
[13]
étudiée . Au-dessus du niveau de référence, on estime que les risques liés à l’exposition ne sont pas justifiés. Il
faut donc l’éviter. Au-dessous du niveau de référence, l’optimisation de la protection du personnel doit être mise
en place pour maintenir les expositions à un niveau aussi bas que raisonnablement possible (ALARA).
3.5
niveau de présélection
NP
valeurs définies par le laboratoire, tenant compte des caractéristiques de l’équipement de mesure et
de la méthode d’essai pour garantir que le résultat d’essai et son incertitude obtenue sont adaptés à la
comparaison avec les niveaux opérationnels d’intervention (NOI)
Note 1 à l'article: Le niveau de présélection est inférieur au NOI. Ainsi, l’aliment est propre à la consommation si
le niveau de présélection n’est pas dépassé. Si l’aliment n’est pas propre à la consommation, les actions à prendre
sont données dans la Référence [16].
4 Symboles et unités
A Activité de chaque radionucléide dans la source de référence, lors du mesurage, en becquerels
c Activité volumique de chaque radionucléide, exprimée en becquerels par kilogramme
A
c Activité massique qui correspond au niveau de présélection de chaque radionucléide,
A,SL
exprimée en becquerels par kilogramme
c Activité massique qui correspond au NOI de chaque radionucléide, exprimée en becquerels
A,RL
par kilogramme
Seuil de décision, avec et sans corrections, en becquerels par kilogramme
*
c
A
# Limite de détection, avec et sans corrections, en becquerels par kilogramme
c
A
Limites hautes de l’intervalle de confiance, en becquerels par kilogramme
c
A
R Rapport de la valeur indiquée d’un spectromètre à la valeur vraie conventionnelle du
i
radionucléide spécifique, i
ε Rendement de comptage du détecteur à l’énergie, E
E
ε Rendement de comptage spécifique du radionucléide du détecteur à l’énergie, E, du
i,E
radionucléide spécifique, i
n , Nombre de comptages nets dans la gamme d’énergie des rayonnements gamma étudiée, à
N,E
l’énergie E, dans le spectre de l’échantillon, dans le spectre d’étalonnage et dans le spectre
n
Ns,E,
obtenu à partir du mesurage de l’échantillon de référence dont l’activité correspond au
n
niveau de présélection, respectivement
N,SL,E
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ISO 19581:2017(F)
n , n , Nombre de comptages bruts dans la gamme d’énergie des rayonnements gamma étudiée,
g,E gb,E
à l’énergie E, dans le spectre de l’échantillon, dans le spectre de fond, dans le spectre
n n
gs,E g,SL,E
d’étalonnage et dans le spectre obtenu à partir du mesurage de l’échantillon de référence
dont l’activité correspond au niveau de présélection, respe
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.