ISO 11929-4:2022

Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of the coverage interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application — Part 4: Guidelines to applications

This document specifies a procedure, in the field of ionizing radiation metrology, for the calculation of the “decision threshold”, the “detection limit” and the “limits of the coverage interval” for a non‑negative ionizing radiation measurand when counting measurements with preselection of time or counts are carried out. The measurand results from a gross count rate and a background count rate as well as from further quantities on the basis of a model of the evaluation. In particular, the measurand can be the net count rate as the difference of the gross count rate and the background count rate, or the net activity of a sample. It can also be influenced by calibration of the measuring system, by sample treatment and by other factors. ISO 11929 has been divided into four parts covering elementary applications in ISO 11929-1, advanced applications on the basis of the ISO/IEC Guide 98-3:2008/Suppl.1 in ISO 11929-2, applications to unfolding methods in ISO 11929-3, and guidance to the application in ISO 11929-4. ISO 11929-1 covers basic applications of counting measurements frequently used in the field of ionizing radiation metrology. It is restricted to applications for which the uncertainties can be evaluated on the basis of the ISO/IEC Guide 98-3 (JCGM 2008). In ISO 11929-1:2019, Annex A the special case of repeated counting measurements with random influences and in ISO 11929-1:2019, Annex B, measurements with linear analogous ratemeters are covered. ISO 11929-2 extends ISO 11929-1 to the evaluation of measurement uncertainties according to the ISO/IEC Guide 98-3:2008/Suppl.1. ISO 11929-2 also presents some explanatory notes regarding general aspects of counting measurements and Bayesian statistics in measurements. ISO 11929-3 deals with the evaluation of measurements using unfolding methods and counting spectrometric multi-channel measurements if evaluated by unfolding methods, in particular, alpha- and gamma-spectrometric measurements. Further, it provides some advice how to deal with correlations and covariances. ISO 11929-4 gives guidance to the application of ISO 11929 (all parts), summarizing shortly the general procedure and then presenting a wide range of numerical examples. The examples cover elementary applications according to ISO 11929-1 and ISO 11929-2. The ISO 11929 (all parts) also applies analogously to other measurements of any kind if a similar model of the evaluation is involved. Further practical examples can be found in other International Standards, for example, see References [1 to 20]. NOTE A code system, named UncertRadio, is available allowing for calculations according to ISO 11929-1 to ISO 11929-3. UncertRadio[40][41] can be downloaded for free from https://www.thuenen.de/en/fi/fields-of-activity/marine-environment/coordination-centre-of-radioactivity/uncertradio/. The download contains a setup installation file that copies all files and folders into a folder specified by the user. After installation one has to add information to the PATH of Windows as indicated by a pop‑up window during installation. English language can be chosen and extensive “help” information is available. Another tool is the package ‘metRology’[44] which is available for programming in R. It contains the two R functions ‘uncert’ and ‘uncertMC’ which perform the GUM-conform uncertainty propagation, either analytically or by the Monte Carlo method, respectively. Covariances/correlations of input quantities are included. Applying these two functions within iterations for decision threshold and the detection limit calculations simplifies the programming effort significantly. It is also possible to implement this document in a spreadsheet containing a Monte Carlo add-in or into other commercial mathematics software.

Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et limites de l'intervalle élargi) pour le mesurage des rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et applications — Partie 4: Lignes directrices relatives aux applications

Le présent document spécifie une procédure applicable, dans le domaine de la métrologie des rayonnements ionisants, pour le calcul du «seuil de décision», de la «limite de détection» et des «limites de l’intervalle élargi» pour un mesurande de rayonnement ionisant non négatif, lorsque des mesurages par comptage sont effectués avec une présélection du temps ou du nombre d’impulsions. Le mesurande résulte d’un taux de comptage brut et d’un taux de comptage du bruit de fond ainsi que de grandeurs supplémentaires reposant sur un modèle d’évaluation. En particulier, le mesurande peut être le taux de comptage net défini comme étant la différence du taux de comptage brut et du taux de comptage du bruit de fond, ou l’activité nette d’un échantillon. Il peut également être influencé par l’étalonnage du système de mesure, par le traitement de l’échantillon et par d’autres facteurs. L’ISO 11929 a été scindée en quatre parties couvrant les applications élémentaires dans l’ISO 11929‑1, les applications avancées reposant sur le Guide ISO/IEC 98‑3:2008/S1 dans l’ISO 11929‑2, les applications aux méthodes de déconvolution dans l’ISO 11929‑3, et les recommandations d’application dans l’ISO 11929‑4. L’ISO 11929‑1 couvre les applications de base des mesurages par comptage souvent utilisés dans le domaine de la métrologie des rayonnements ionisants. Elle se limite aux applications pour lesquelles les incertitudes peuvent être évaluées sur la base du Guide ISO/IEC 98‑3 (JCGM 2008). L’ISO 11929‑1:2019, Annexe A traite du cas particulier des mesurages répétés par comptage avec des influences aléatoires, alors que l’ISO 11929‑1:2019, Annexe B couvre les mesurages avec des ictomètres analogiques linéaires. L’ISO 11929‑2 étend l’ISO 11929‑1 à l’évaluation des incertitudes de mesure conformément au Guide ISO/IEC 98‑3:2008/S1. L’ISO 11929‑2 contient également plusieurs notes explicatives concernant les aspects généraux des mesurages par comptage et les statistiques bayésiennes dans les mesurages. L’ISO 11929‑3 traite de l’évaluation des mesurages en utilisant des méthodes de déconvolution ainsi que de l’évaluation des mesurages multicanaux spectrométriques par comptage en cas d’évaluation par des méthodes de déconvolution, en particulier pour les mesurages spectrométriques alpha et gamma. Elle fournit en outre des conseils pour le traitement avec des corrélations et des covariances. L’ISO 11929‑4 fournit des recommandations pour l’application de l’ISO 11929 (toutes les parties), résume les grandes lignes de la procédure générale et présente ensuite un large éventail d’exemples numériques. Les exemples couvrent les applications élémentaires selon l’ISO 11929‑1 et l’ISO 11929‑2. L’ISO 11929 (toutes les parties) s’applique également de manière analogue à d’autres mesurages de tout type si un modèle d’évaluation similaire est concerné. D’autres exemples pratiques sont fournis dans d’autres Normes internationales (voir les Références [1 à 20] par exemple). NOTE Un logiciel, baptisé UncertRadio, est disponible pour les calculs conformes aux ISO 11929‑1 à ISO 11929‑3. UncertRadio[40][41] peut être téléchargé gratuitement à l’adresse: https://www.thuenen.de/en/fi/fields‑of‑activity/marine‑environment/coordination‑centre‑of‑radioactivity/uncertradio/. Le logiciel disponible en téléchargement contient un fichier d’installation qui copie tous les fichiers et dossiers à un emplacement spécifié par l’utilisateur. Après l’installation, des informations doivent être saisies concernant le CHEMIN sous Windows qui a été indiqué dans une fenêtre contextuelle au cours de l’installation. La langue anglaise peut être choisie et des informations d’aide étendue sont proposées. Un autre outil est le progiciel «metRology»[44] qui est disponible pour la programmation en langage R. Il contient les deux fonctions R «uncert» et «uncertMC» qui assurent la propagation des incertitudes conformément au GUM, soit analytiquement soit d’après la méthode Monte Carlo, respectivement. L

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 17-Jul-2022
• ICS: 17.240 - Radiation measurements
• Technical Committee: ISO/TC 85/SC 2 - Radiological protection
• Drafting Committee: ISO/TC 85/SC 2 - Radiological protection
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 18-Jul-2022
• Due Date: 11-Jan-2024
• Completion Date: 18-Jul-2022

Relations

• Revises: ISO 11929-4:2020 - Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of the coverage interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application — Part 4: Guidelines to applications
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11929-4
Third edition
2022-07
Determination of the characteristic
limits (decision threshold, detection
limit and limits of the coverage
interval) for measurements of ionizing
radiation — Fundamentals and
application —
Part 4:
Guidelines to applications
Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite
de détection et limites de l'intervalle élargi) pour le mesurage des
rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et applications —
Partie 4: Lignes directrices relatives aux applications
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© ISO 2022
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .vii
Introduction .viii
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Quantities and symbols . 3
5 Summary of this document .5
5.1 Procedures according to ISO 11929 (all parts) . 5
5.2 Survey on the examples . 5
5.3 General stipulations . 8
6 Counting measurements with small or moderate uncertainties .9
6.1 Definition of the task and general aspects . 9
6.2 Model of evaluation and standard uncertainty . 9
6.3 Available information, input data, and specifications . 9
6.4 Evaluation of the measurement and characteristic limits according to ISO 11929-1 . 10
6.4.1 Background effect . 10
6.4.2 Primary result and its associated standard uncertainty . . 10
6.4.3 Standard uncertainty as a function of an assumed true value . 10
6.4.4 Decision threshold . 10
6.4.5 Detection limit . 11
6.4.6 Limits of coverage intervals . 11
6.4.7 The best estimate and its associated standard uncertainty . 11
6.5 Documentation of the results obtained by ISO 11929-1 and ISO 11929-2 . 11
6.6 Assessment and explanations . 13
7 Counting measurement with small count numbers .14
7.1 Definition of the task and general aspects . 14
7.2 Model of evaluation and standard uncertainty . 14
7.3 Available information, input data, and specifications . 14
7.4 Evaluation of the measurement and characteristic limits according to ISO 11929-1 .15
7.4.1 Background effect . 15
7.4.2 Primary result and its associated standard uncertainty . .15
7.4.3 Standard uncertainty as a function of an assumed true value . 16
7.4.4 Decision threshold . 16
7.4.5 Detection limit . 16
7.4.6 Limits of coverage intervals . 17
7.4.7 The best estimate and its associated standard uncertainty . 17
7.5 Documentation of the results obtained by ISO 11929-1 and ISO 11929-2 . 17
7.6 Assessment and explanations . 18
7.7 An alternative example of a measurement with small count numbers . 19
7.7.1 General . 19
7.7.2 Background effect . 20
7.7.3 Primary result and its associated standard uncertainty . .20
7.7.4 Standard uncertainty as a function of an assumed true value .20
7.7.5 Decision threshold .20
7.7.6 Detection limit . 21
7.7.7 Limits of coverage intervals . 21
7.7.8 The best estimate and its associated standard uncertainty . 21
7.8 Documentation of the results obtained by ISO 11929-1 and ISO 11929-2 .22
7.9 Assessment of the alternative example and explanations. 23
8 Counting measurements with large uncertainties in the numerator of the
calibration factor .23
iii
8.1 Definition of the task and general aspects . 23
8.2 Model of evaluation and standard uncertainty . 24
8.3 Available information, input data, and specifications . 24
8.4 Evaluation of the measurement and characteristic limits according to ISO 11929-1 .25
8.4.1 Background effect .25
8.4.2 Primary result and its associated standard uncertainty . .25
8.4.3 Standard uncertainty as a function of an assumed true value .25
8.4.4 Decision threshold . 25
8.4.5 Detection limit . 26
8.4.6 Limits of coverage intervals . 26
8.4.7 The best estimate and its associated standard uncertainty .26
8.5 Documentation of the results obtained by ISO 11929-1 and ISO 11929-2 .26
8.6 Assessment and explanations .28
9 Counting measurements with large uncertainties in the denominator of the
calibration factor .28
9.1 Definition of the task and general aspects .28
9.2 Model of evaluation and standard uncertainty .29
9.3 Available information, input data, and specifications .29
9.4 Evaluation of the measurement and characteristic limits according to ISO 11929-1 .30
9.4.1 Background effect . 30
9.4.2 Primary result and its associated standard uncertainty . .30
9.4.3 Standard uncertainty as a function of an assumed true value . 31
9.4.4 Decision threshold . 31
9.4.5 Detection limit . 31
9.4.6 Limits of coverage intervals . 31
9.4.7 The best estimate and its associated standard uncertainty . 32
9.5 Documentation of the results obtained by ISO 11929-1 and ISO 11929-2 . 32
9.6 Assessment and explanations . 33
10 Counting measurements with shielding of the background .34
10.1 Definition of the task and general aspects .34
10.2 Model of evaluation and standard uncertainty .34
10.3 Available information, input data, and specifications .34
10.4 Evaluation of the measurement and characteristic limits according to ISO 11929-1 .35
10.4.1 Background effect . 35
10.4.2 Primary result and its associated standard uncertainty . . 35
10.4.3 Standard uncertainty as a function of an as
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11929-4
Troisième édition
2022-07
Détermination des limites
caractéristiques (seuil de décision,
limite de détection et limites de
l'intervalle élargi) pour le mesurage
des rayonnements ionisants —
Principes fondamentaux et
applications —
Partie 4:
Lignes directrices relatives aux
applications
Determination of the characteristic limits (decision threshold,
detection limit and limits of the coverage interval) for measurements
of ionizing radiation — Fundamentals and application —
Part 4: Guidelines to applications
Numéro de référence
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© ISO 2022
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .vii
Introduction .viii
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .2
3 Termes et définitions . 3
4 Grandeurs et symboles . 3
5 Résumé du présent document . 5
5.1 Procédures conformes à l’ISO 11929 (toutes les parties) . 5
5.2 Vue d’ensemble des exemples . 5
5.3 Stipulations générales . 8
6 Mesurages par comptage à incertitude faible ou modérée . 9
6.1 Définition de la tâche et aspects généraux . 9
6.2 Modèle d’évaluation et incertitude-type . 9
6.3 Informations disponibles, données d’entrée et spécifications . 9
6.4 Évaluation du mesurage et des limites caractéristiques conformément à
l’ISO 11929-1 . 10
6.4.1 Comptage du bruit de fond . 10
6.4.2 Résultat primaire et son incertitude-type associée . 10
6.4.3 Incertitude-type en fonction d’une valeur vraie présumée . 11
6.4.4 Seuil de décision . 11
6.4.5 Limite de détection . 11
6.4.6 Limites des intervalles élargis . 11
6.4.7 Meilleure estimation et son incertitude-type associée .12
6.5 Documentation des résultats obtenus d’après l’ISO 11929-1 et l’ISO 11929-2 .12
6.6 Évaluation et explications .13
7 Mesurage par comptage avec un faible nombre d’impulsions .14
7.1 Définition de la tâche et aspects généraux . 14
7.2 Modèle d’évaluation et incertitude-type . 14
7.3 Informations disponibles, données d’entrée et spécifications . 15
7.4 Évaluation du mesurage et des limites caractéristiques conformément à
l’ISO 11929-1 . 15
7.4.1 Comptage du bruit de fond . 15
7.4.2 Résultat primaire et son incertitude-type associée .15
7.4.3 Incertitude-type en fonction d’une valeur vraie présumée . 16
7.4.4 Seuil de décision . 16
7.4.5 Limite de détection . 16
7.4.6 Limites des intervalles élargis . 17
7.4.7 Meilleure estimation et son incertitude-type associée . 17
7.5 Documentation des résultats obtenus d’après l’ISO 11929-1 et l’ISO 11929-2 . 17
7.6 Évaluation et explications . 18
7.7 Exemple alternatif de mesurage avec un faible nombre d’impulsions . 19
7.7.1 Généralités . 19
7.7.2 Comptage du bruit de fond . 20
7.7.3 Résultat primaire et son incertitude-type associée .20
7.7.4 Incertitude-type en fonction d’une valeur vraie présumée .20
7.7.5 Seuil de décision . 20
7.7.6 Limite de détection . 21
7.7.7 Limites des intervalles élargis . 21
7.7.8 Meilleure estimation et son incertitude-type associée . 21
7.8 Documentation des résultats obtenus d’après l’ISO 11929-1 et l’ISO 11929-2 . 21
7.9 Évaluation de l’exemple alternatif et explications . 23
iii
8 Mesurages par comptage avec des incertitudes élevées au numérateur du facteur
d’étalonnage .23
8.1 Définition de la tâche et aspects généraux . 23
8.2 Modèle d’évaluation et incertitude-type . 23
8.3 Informations disponibles, données d’entrée et spécifications . 24
8.4 Évaluation du mesurage et des limites caractéristiques conformément à
l’ISO 11929-1 . 24
8.4.1 Comptage du bruit de fond . 24
8.4.2 Résultat primaire et son incertitude-type associée . 25
8.4.3 Incertitude-type en fonction d’une valeur vraie présumée .25
8.4.4 Seuil de décision .25
8.4.5 Limite de détection .25
8.4.6 Limites des intervalles élargis . 26
8.4.7 Meilleure estimation et son incertitude-type associée .26
8.5 Documentation des résultats obtenus d’après l’ISO 11929-1 et l’ISO 11929-2 .26
8.6 Évaluation et explications . 27
9 Mesurages par comptage avec des incertitudes élevées au dénominateur du facteur
d’étalonnage .28
9.1 Définition de la tâche et aspects généraux .28
9.2 Modèle d’évaluation et incertitude-type .28
9.3 Informations disponibles, données d’entrée et spécifications .28
9.4 Évaluation du mesurage et des limites caractéristiques conformément à
l’ISO 11929-1 .29
9.4.1 Comptage du bruit de fond .29
9.4.2 Résultat primaire et son incertitude-type associée .30
9.4.3 Incertitude-type en fonction d’une valeur vraie présumée .30
9.4.4 Seuil de décision . 30
9.4.5 Limite de détection . 30
9.4.6 Limites des intervalles élargis . 31
9.4.7 Meilleure estimation et son incertitude-type associée . 31
9.5 Documentation des résultats obtenus d’après l’ISO 11929-1 et l’ISO 11929-2 . 31
9.6 Évaluation et explications . 32
10 Mesurages par comptage avec effet d’écran du bruit de fond .33
10.1 Définition de la tâche et aspects généraux . 33
10.2 Modèle d’évalu
...