ISO 11665-3:2012
(Main)Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 — Part 3: Spot measurement method of the potential alpha energy concentration of its short-lived decay products
Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 — Part 3: Spot measurement method of the potential alpha energy concentration of its short-lived decay products
ISO 11665-3:2012 describes spot measurement methods for determining the activity concentration of short-lived radon-222 decay products in the air and for calculating the potential alpha energy concentration. ISO 11665-3:2012 gives indications for performing a spot measurement of the potential alpha energy concentration, after sampling at a given place for several minutes, and the conditions of use for the measuring devices.
Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Air: radon 222 — Partie 3: Méthode de mesure ponctuelle de l'énergie alpha potentielle volumique de ses descendants à vie courte
L'ISO 11665-3:2012 décrit les méthodes de mesure ponctuelle destinées à déterminer l'activité volumique des descendants à vie courte du radon 222 dans l'air et à calculer de l'énergie alpha potentielle volumique. L'ISO 11665-3:2012 fournit des indications pour réaliser un mesurage ponctuel de l'énergie alpha potentielle volumique avec un prélèvement effectué en un lieu donné pendant plusieurs minutes, et sur les conditions d'utilisation des dispositifs de mesure.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11665-3
First edition
2012-07-15
Measurement of radioactivity in the
environment — Air: radon-222 —
Part 3:
Spot measurement method of the
potential alpha energy concentration of
its short-lived decay products
Mesurage de la radioactivité dans l’environnement — Air: radon 222 —
Partie 3: Méthode de mesure ponctuelle de l’énergie alpha potentielle
volumique de ses descendants à vie courte
Reference number
ISO 11665-3:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 11665-3:2012(E)
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ii © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols . 2
4 Principle of the measurement method . 3
5 Equipment . 3
6 Sampling . 4
6.1 General . 4
6.2 Sampling objective . 4
6.3 Sampling characteristics . 4
6.4 Sampling conditions . 5
7 Detection method . 5
8 Measurement . 5
8.1 Procedure . 5
8.2 Influence quantities . 6
8.3 Calibration . 6
9 Expression of results . 7
9.1 General . 7
9.2 Potential alpha energy concentration . 7
9.3 Standard uncertainty . 7
9.4 Decision threshold . 8
9.5 Detection limit . 8
9.6 Limits of the confidence interval . 9
10 Test report . 9
Annex A (informative) Examples of gross alpha counting protocols . 11
Annex B (informative) Calculation of the coefficients k , k and k .12
218 ,j 214 ,j 214 ,j
Po Pb Bi
Annex C (informative) Measurement method using gross alpha counting according to the
Thomas protocol .16
Bibliography .19
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ISO 11665-3:2012(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 11665-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies, and
radiological protection, Subcommittee SC 2, Radiological protection.
ISO 11665 consists of the following parts, under the general title Measurement of radioactivity in the
environment — Air: radon-222:
— Part 1: Origins of radon and its short-lived decay products and associated measurement methods
— Part 2: Integrated measurement method for determining average potential alpha energy concentration of
its short-lived decay products
— Part 3: Spot measurement method of the potential alpha energy concentration of its short-lived decay products
— Part 4: Integrated measurement method for determining average activity concentration using passive
sampling and delayed analysis
— Part 5: Continuous measurement method of the activity concentration
— Part 6: Spot measurement method of the activity concentration
— Part 7: Accumulation method for estimating surface exhalation rate
— Part 8: Methodologies for initial and additional investigations in buildings
The following parts are under preparation:
— Part 9: Method for determining exhalation rate of dense building materials
— Part 10: Determination of diffusion coefficient in waterproof materials using activity concentration measurement
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ISO 11665-3:2012(E)
Introduction
Radon isotopes 222, 220 and 219 are radioactive gases produced by the disintegration of radium isotopes 226,
224 and 223, which are decay products of uranium-238, thorium-232 and uranium-235 respectively, and are
all found in the earth’s crust. Solid elements, also radioactive, followed by stable lead are produced by radon
[1]
disintegration .
When disintegrating, radon emits alpha particles and generates solid decay products, which are also radioactive
(polonium, bismuth, lead, etc.). The potential effects on human health of radon lie in its solid decay products
rather than the gas itself. Whether or not they are attached to atmospheric aerosols, radon decay products can
be inhaled and deposited in the bronchopulmonary tree to varying depths according to their size.
Radon is today considered to be the main source of human exposure to natural radiation. The UNSCEAR
[2]
(2006) report suggests that, at the worldwide level, radon accounts for around 52 % of global average
exposure to natural radiation. The radiological impact of isotope 222 (48 %) is far more significant than isotope
220 (4 %), while isotope 219 is considered negligible. For this reason, references to radon in this part of
ISO 11665 refer only to radon-222.
Radon activity concentration can vary by one to multiple orders of magnitude over time and space. Exposure
to radon and its decay products varies tremendously from one area to another, as it depends firstly on the
amount of radon emitted by the soil and the building materials in each area and, secondly, on the degree of
containment and weather conditions in the areas where individuals are exposed.
Variations of a few nanojoules per cubic metre to several thousand nanojoules per cubic metre are observed
in the potential alpha energy concentration of short-lived radon decay products.
The potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products in the atmosphere can
be measured by spot and integrated measurement methods (see ISO 11665-1 and ISO 11665-2). This part
of ISO 11665 deals with spot measurement methods. A spot measurement of the potential alpha energy
concentration relates to the time when the measurement is taken and has no significance in annual exposure.
This type of measurement does not therefore apply when assessing the annual exposure.
NOTE The origin of radon-222 and its short-lived decay products in the atmospheric environment and other
measurement methods are described generally in ISO 11665-1.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11665-3:2012(E)
Measurement of radioactivity in the environment — Air:
radon-222 —
Part 3:
Spot measurement method of the potential alpha energy
concentration of its short-lived decay products
1 Scope
This part of ISO 11665 describes spot measurement methods for determining the activity concentration of
short-lived radon-222 decay products in the air and for calculating the potential alpha energy concentration.
This part of ISO 11665 gives indications for performing a spot measurement of the potential alpha energy concentration,
after sampling at a given place for several minutes, and the conditions of use for the measuring devices.
This measurement method is applicable for a rapid assessment of the potential alpha energy concentration.
The result obtained cannot be extrapolated to an annual estimate potential alpha energy concentration of
short-lived radon-222 decay products. Thus, this type of measurement is not applicable for the assessment of
annual exposure.
This measurement method is applicable to air samples with potential alpha energy concentration greater
3
than 5 nJ/m .
NOTE This part of ISO 11665 does not address the potential contribution of radon-220 decay products.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 11665-1, Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 — Part 1: Origins of radon and
its short-lived decay products and associated measurement methods
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
IEC 61577-1, Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring instruments —
Part 1: General principles
IEC 61577-3, Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring instruments —
Part 3: Specific requirements for radon decay product measuring instruments
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11665-1 apply.
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ISO 11665-3:2012(E)
3.2 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in ISO 11665-1 and the following apply.
C
activity concentration of the nuclide i, in becquerels per cubic metre
i
E alpha particle energy produced by the disintegration of the nuclide i, in joules
AE,i
E total alpha particle energy potentially produced by the nuclide i, in joules
AEt,i
E potential alpha energy of the nuclide i, in joules
PAE,i
potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules per cubic metre
E
PAEC,i
*
decision threshold of the potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules
E
PAEC,i
per cubic metre
#
detection limit of the of the potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules
E
PAEC,i
per cubic metre
lower limit of the confidence interval of the potential alpha energy concentration of the
E
PAEC,i
nuclide i, in joules per cubic metre
upper limit of the confidence interval of the potential alpha energy concentration of the
E
PAEC,i
nuclide i, in joules per cubic metre
th
I
j number of gross counts obtained between times t and t
j j cj
th
I j number of background counts obtained between times t and t
0,j j cj
th
k coefficient related to the j number of gross count for radon decay product i, depending on
i,j
the decay constants of the radon decay products, the sampling duration, t , and the times
s
t and t , per square second
j cj
N
number of atoms of the nuclide i
i
n
counting number depending on the gross alpha counting protocol used
Q
sampling flow-rate, in cubic metres per second
t end time of counting j, in seconds
cj
t start time of counting j, in seconds
j
t sampling duration, in seconds
s
U expanded uncertainty calculated by U = k⋅u( ) with k = 2
u( ) standard uncertainty associated with the measurement result
u ( ) relative standard uncertainty
rel
V sampled volume, in cubic metres
ε counting efficiency, in pulses per disintegration
c
λ decay constant of the nuclide i, per second
i
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ISO 11665-3:2012(E)
4 Principle of the measurement method
Spot measurement of the potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products is
based on the following elements:
a) grab sampling, at time t, of short-lived radon decay products contained in a volume of air representative of
the atmosphere under investigation, using a high-efficiency filtering membrane;
b) repeated gross alpha measurements of the collected decay products using a detector sensitive to alpha
particles; the counting stage starts after sampling has stopped;
c) calculation of the activity concentrations of the radon decay products using the laws of radioactive decay
and the counting results from a preset duration, repeated at given times.
The gross alpha measurement method quantifies alpha particles emitted by short-lived radon decay products.
222 218
The Rn decay product chain shows that 99,98 % of the decays of Po result in the emission of alpha
214 214
particles. It can, therefore, be considered as a pure alpha emitter. Pb and Bi are not alpha emitters, but
214
they contribute to the appearance of alpha particles from the decay of Po.
After collecting the air sample, the gross alpha activity is measured for various counting durations. Because of
the fast decay of radon decay products, the isotopic composition of a sample rapidly changes during collection
as well as during the counting durations. Repeated measurements of the gross alpha activity are necessary
in order to describe the decay of the sample and thereby calculate the amounts of the various decay products
which were originally collected in the air sample.
222
NOTE Although Rn and its decay products are usually found in higher quantity, environmental air samples can
220
also contain significant activity of radonuclides of the Rn decay chain as well as other airborne long-lived radionuclides.
In such cases, the formulas and procedures given in this part of ISO 11665 need to be adapted to take into account these
additional radionuclides.
5 Equipment
The apparatus shall include a sampling system and a detection system composed of a detector connected to a
counting system (see Figure 1). The measuring devices used shall comply with IEC 61577-1 and IEC 61577-3.
The sampling system shall include the following components:
a) an open filter holder allowing fast and easy removal of the filter after sampling;
b) a pump;
c) a high-efficiency particulate air filter (HEPA filter with a minimum efficiency of 99,97 % for a particle
size of 0,3 µm);
d) a flow-meter and a chronometer;
Possible detectors include the following:
— a photomultiplier associated with a sensitive scintillation surface [ZnS(Ag), for example];
— a silicon semi-conductor that is sensitive to alpha particles.
The detector, connected to a pulse counting system, shall have a sensitive detection surface at least equal in
diameter to the filtering membrane.
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ISO 11665-3:2012(E)
a) Sampling system b) Detection system
Key
1 filtering membrane
2 filter holder
3 support
4 flow-meter and chronometer
5 pump
6 counting system
7 detector
Figure 1 — Functional diagram of a spot measuring system for potential alpha energy concentration
of short-lived radon decay products
6 Sampling
6.1 General
Grab sampling is representative of the potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay
products at a given time and a given place.
6.2 Sampling objective
The sampling objective is to collect, without interruption, all the aerosols, regardless of their size (unattached
and attached fractions), carrying short lived radon decay products and contained in the ambient air during a
given sampling duration (less than one hour).
6.3 Sampling characteristics
The unattached and attached fractions of short-lived radon decay products shall be sampled without interruption
from the atmosphere under investigation by pumping and filtering a known volume of air through a high-
efficiency collection membrane located in an open filter holder. The air sampling shall be omni-directional.
In order to count the emitted alpha particles correctly, the sampling system shall conduct to the surface deposit
of the radionuclides on the filter and shall prevent the aerosols from being buried.
The sampling system shall be used in conditions that preclude clogging of the filtering membrane, which would
cause self-absorption of the alpha emissions of particles collected on the filter or a reduction in the sampling
flow-rate over time.
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ISO 11665-3:2012(E)
6.4 Sampling conditions
6.4.1 General
Sampling shall be carried out as specified in ISO 11665-1. The sampling location, date and time shall be recorded.
6.4.2 Installation of sampling system
Installation of the sampling system shall be carried out as specified in ISO 11665-1.
6.4.3 Sampling duration
218
Given the short half-lives of the radon-222 decay products, particularly Po, the sampling duration should normally
be less than or equal to 20 min. A longer sampling duration would not improve the detection limit of the method.
6.4.4 Volume of air sampled
The volume of air sampled shall be ascertained by continuous measurement of the flow-rate during sampling
with a calibrated system (for example, a sonic nozzle) (see IEC 61577-3).
7 Detection method
Detection shall be performed using silver-activated zinc sulphide ZnS(Ag) scintillation or a semi-conductor
(alpha detection), as described in ISO 11665-1.
8 Measurement
8.1 Procedure
Measurement shall be carried out as follows.
a) Select the sampling duration, t .
s
b) Plan the counting stage, with n countings, and choose start time t and end time t for each number of
j cj
counts I . The different sets are organized from j = 1 to j = n. Before a set of counting, a specific waiting
j
time can be required.
NOTE Examples of gross alpha counting protocols are given in Annex A.
c) Install the detection system (detector and pulse counting system).
d) Determine the background level of the filtering membrane. Before carrying out sampling, position the
virgin membrane opposite the detector, in accordance with manufacturer recommendations. Measure the
virgin membrane by means of n successive gross alpha countings during specific counting durations t − t
cj j
according to the counting stage selected:
1) t = 0 to t = t standby, there is no count if t > 0;
1 1
2) t = t to t = t count I is performed;
1 c1 0,1
3) t = t to t = t standby, there is no count if t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t to t = t count I is performed.
j cj 0,j
If n > 1, repeat stages 3) and 4) until j = n.
e) Record values of I for j = 1 to j = n.
0,j
f) Select and locate the measuring point.
© ISO 2012 – All rights reserved 5
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ISO 11665-3:2012(E)
g) Install the sampling system.
h) Using grab sampling, obtain an air sample representative of the atmosphere under investigation during the
sampling duration t .
s
i) Record the location and the time (date, hour and minutes) of sampling.
j) Once sampling is completed, remove the filtering membrane from the sampling system and position it opposite
the detector, in accordance with manufacturer recommendations. Given the short half-lives of the radon-222
decay products, the alpha particles shall be detected on the sampling site within a few minutes of sampling.
k) Perform n successive gross alpha countings of the membrane with specific counting durations t − t
cj j
according to the counting stage selected:
1) t = 0 to t = t standby, there is no count if t > 0;
1 1
2) t = t to t = t count I is performed;
1 c1 1
3) t = t to t = t standby, there is no count if t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t to t = t count I is performed.
j cj j
If n > 1, repeat stages 3) and 4) until j = n.
l) Record values of I for j = 1 to j = n.
j
m) Determine the potential alpha energy concentration by calculation.
8.2 Influence quantities
Various quantities can lead to measurement bias that could induce non-representative results. Depending
on the measurement method and the control of usual influence quantities specified in IEC 61577-1 and
ISO 11665-1, the following quantities shall be considered in particular:
a) influence of atmospheric pressure on the sampling process;
b) influence of the filtering membrane storage conditions before sampling starts; the storage conditions shall
be so designed to avoid contamination of the filtering membrane with radon decay products;
c) detector surface contamination; the surface contamination of the detector shall be controlled before
performing the measurement;
d) potential presence of other alpha emitters (radium, radon isotopes, etc.) on the filtering membrane or in
the ambient air.
Manufacturer recommendations in the operating instructions for the measuring devices shall be followed.
8.3 Calibration
The entire measuring device (sampling system and detection system, i.e. detector and related electronics) shall
be calibrated as specified in ISO 11665-1.
The relationship between the variable measured by the detection system and the potential alpha energy concentration
of the radon decay products in the air shall be established by using reference radioactive sources or another
standard (a reference atmosphere, for example) recognized through international inter-comparison programmes.
6 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2012(E)
9 Expression of results
9.1 General
Calculation of the potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products is based
on the activity concentration of each short-lived decay product as well as the total potential alpha energy
concentration.
218 214 214
Calculation of the activity concentration of Po, Pb and Bi is based on several gross alpha counts I , the
j
detector background level I , the counting efficiency, the flow-rate and the sampling duration. The following
0,j
hypotheses shall be applied:
a) the short-lived radon decay products are the only alpha-emitting nuclides present in the air being analysed;
b) their respective activity concentration does not change during sampling;
c) the counting efficiency is the same for each decay product.
The activity concentration of each decay product is calculated using equations that express the number of
atoms of each decay product present on the filter at the end of the sampling process based on the gross alpha
counts obtained over the different time intervals (see Annex B).
9.2 Potential alpha energy concentration
The potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products shall be calculated as given
by Formula (1):
E EN⋅ EC⋅
PAE,i AEt,,ii AEtii
E == = (1)
PAEC,222 ∑∑ ∑
Rn
V V λ
i i
i i i
Ek⋅
AEt,,ii j
E =⋅ω ⋅−II (2)
()
PAEC,222 ∑∑ jj0,
Rn
λ
i
j i
where
1
C = ⋅⋅kI − Ik=⋅ω ⋅−II (3)
() ()
ii∑∑,,jj 00j ij,,jj
ε ⋅Q
c
j j
1
ω = (4)
ε ⋅Q
c
A method of calculation of k is detailed in Annex B.
i,j
218 214 214 214
NOTE For Po, EE=+ E . For Pb, Bi and Po, EE= .
AE,218 AE,214 AE,214
AEt,i AEt,i
Po Po Po
9.3 Standard uncertainty
The uncertainties of the sampling flow-rate, the counting efficiency and the number of counts (including the
background level) shall be taken into account.
The uncertainties of decay constants, sampling duration and counting durations are considered negligible. The
uncertainty of k is therefore considered negligible.
i,j
By hypothesis:
a) the variables are all independent;
b) the numbers of counts I and I are normal variables according to Poisson’s law.
0,j j
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ISO 11665-3:2012(E)
Under these conditions, the uncertainties of numbers of counts I and I are expressed as follows:
0,j j
2 2
uI = I and uI = I (5)
() ()
00,,jj jj
I depends on the activity of each decay product as well as on the time elapsed since the end of the sampling
j
process. The counting uncertainty estimated from the variance of I therefore includes uncertainties associated
j
with the variables on which I depends.
j
In accordance with ISO/IEC Guide 98-3, the standard uncertainty of E shall be calculated as given
PAEC,222
Rn
by Formula (6):
2
2 2
uE() =⋅ω KI⋅+ IE+ ⋅u ω (6)
()
() () ()
PAEC,222 ∑ ij,,jj0 PAEC,r222 eel
Rn Rn
j
where
2 2 2
uu()ωε= +uQ() (7)
()
rel rel crel
2
Ek⋅
AEt,,ii j
K = (8)
ij, ∑
λ
i
i
Calculation of the characteristic limits (see ISO 11929) requires calculation of uE , i.e. the standard
()
PAEC,222
Rn
uncertainty of E as a function of its true value, calculated as given in Formula (9).
PAEC,222
Rn
22
2 2
uE =⋅ω KI⋅+ IE+ ⋅u ω (9)
() () ()
()PAEC,222 ij,,jj0 ()PAEC,222 rel
∑
Rn Rn
j
9.4 Decision threshold
*
The decision threshold, E , is obtained from Formula (9) for E =0 (see ISO 11929), i.e.
PAEC,222 PAEC,222
Rn Rn
each C =0 and II= . This yields Formula (10):
i jj0,
*
Ek=⋅uk 02=⋅ω⋅⋅ KI⋅ (10)
()
()
PAEC,222 11−−αα ∑ ij,,0 j
Rn
j
α = 0,05 with k = 1,65 is often chosen by default.
1−α
9.5 Detection limit
#
The detection limit, E , is calculated as given in Formula (11) (see ISO 11929):
PAEC,222
Rn
# 2 2 22 2 2 22
Ea=+ ak+−ku⋅=Ea0 =+ ak+−k ⋅u 0 (11)
() ()
() ()
1−−βα1 PAEC 1−β 11−α
PAEC,222
Rn
with
2
k
1
1−β
22
ak=⋅u0 +⋅ ⋅ uE −u 0 (12)
() () ()
1−α PAEC
2 E
PAEC
#
If α = β, then it follows that Ea=⋅2 .
PAEC
α = β = 0,05 with k = k = 1,65 is often chosen by default.
1−α 1−β
8 © ISO 20
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11665-3
Première édition
2012-07-15
Mesurage de la radioactivité dans
l’environnement — Air: radon 222 —
Partie 3:
Méthode de mesure ponctuelle de
l’énergie alpha potentielle volumique de
ses descendants à vie courte
Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 —
Part 3: Spot measurement method of the potential alpha energy
concentration of its short-lived decay products
Numéro de référence
ISO 11665-3:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 11665-3:2012(F)
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ISO 11665-3:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles . 2
4 Principe de la méthode de mesure . 3
5 Équipement . 3
6 Prélèvement . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Objectif du prélèvement . 4
6.3 Caractéristiques du prélèvement . 4
6.4 Conditions de prélèvement . 5
7 Méthode de détection . 5
8 Mesurage . 5
8.1 Mode opératoire . 5
8.2 Grandeurs d’influence . 6
8.3 Étalonnage . 6
9 Expression des résultats . 7
9.1 Généralités . 7
9.2 Énergie alpha potentielle volumique . 7
9.3 Incertitude type . 7
9.4 Seuil de décision . 8
9.5 Limite de détection . 8
9.6 Limites de l’intervalle de confiance . 9
10 Rapport d’essai . 9
Annexe A (informative) Exemple de protocoles de comptage alpha global . 11
Annexe B (informative) Calcul des coefficients k , k et k .12
218 ,j 214 ,j 214 ,j
Po Pb Bi
Annexe C (informative) Méthode de mesure utilisant un comptage alpha global selon la méthode
de Thomas .16
Bibliographie .19
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ISO 11665-3:2012(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
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.
L’ISO 11665-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies nucléaires
et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.
L’ISO 11665 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Mesurage de la radioactivité dans
l’environnement — Air: radon 222:
— Partie 1: Origine du radon et de ses descendants à vie courte et méthodes de mesure associées
— Partie 2: Méthode de mesure intégrée pour la détermination de l’énergie alpha potentielle volumique
moyenne de ses descendants à vie courte
— Partie 3: Méthode de mesure ponctuelle de l’énergie alpha potentielle volumique de ses descendants à vie
courte
— Partie 4: Méthode de mesure intégrée pour la détermination de l’activité volumique moyenne du radon
avec un prélèvement passif et une analyse en différé
— Partie 5: Méthode de mesure en continu de l’activité volumique
— Partie 6: Méthode de mesure ponctuelle de l’activité volumique
— Partie 7: Méthode d’estimation du flux surfacique d’exhalation par la méthode d’accumulation
— Partie 8: Méthodologies appliquées aux investigations initiales et complémentaires dans les bâtiments
Les parties suivantes sont en cours d’élaboration:
— Partie 9: Méthode de détermination du flux d’exhalation des matériaux de construction
— Partie 10: Détermination du coefficient de diffusion du radon des matériaux imperméables par mesurage
de l’activité volumique du radon
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ISO 11665-3:2012(F)
Introduction
Les isotopes 222, 220 et 219 du radon sont des gaz radioactifs produits par la désintégration des isotopes 226,
224 et 223 du radium, lesquels sont respectivement des descendants de l’uranium 238, du thorium 232 et de
l’uranium 235 et sont tous présents dans l’écorce terrestre. Des éléments solides, eux aussi radioactifs, suivis
[1]
par du plomb stable sont produits par la désintégration du radon .
Lorsqu’il se désintègre, le radon émet des particules alpha et génère des descendants solides qui sont eux
aussi radioactifs (polonium, bismuth, plomb, etc.). Les effets potentiels du radon sur la santé humaine sont liés
aux descendants plutôt qu’au gaz lui-même. Qu’ils soient ou non attachés à des aérosols atmosphériques,
les descendants du radon peuvent être inhalés et déposés dans l’arbre broncho-pulmonaire à différentes
profondeurs, suivant leur taille.
Le radon est aujourd’hui considéré comme la principale source d’exposition de l’homme au rayonnement
[2]
naturel. Le rapport de l’UNSCEAR (2006) suggère qu’au niveau mondial, le radon intervient pour environ
52 % de l’exposition moyenne globale au rayonnement naturel. L’impact radiologique de l’isotope 222 (48 %)
est nettement plus important que celui de l’isotope 220 (4 %), l’isotope 219 est quant à lui considéré comme
négligeable. Pour cette raison, le terme radon dans la présente partie de l’ISO 11665 désignera exclusivement
le radon 222.
L’activité volumique du radon peut varier d’un à plusieurs ordres de grandeur dans le temps et l’espace.
L’exposition au radon et à ses descendants varie considérablement d’un lieu à l’autre. Elle dépend tout d’abord
de la quantité de radon émise par le sol et les matériaux de construction en ces lieux et, ensuite, du degré de
contamination et des conditions météorologiques des lieux où sont exposées les personnes.
Des variations de quelques nanojoules par mètre cube à plusieurs milliers de nanojoules par mètre cube sont
observées pour l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon.
L’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon 222 dans l’atmosphère peut
être mesurée en utilisant des méthodes de mesure ponctuelle et intégrée (voir ISO 11665-1 et ISO 11665-2).
Un mesurage ponctuel de l’énergie alpha potentielle volumique se rapporte à l’instant auquel le mesurage
est effectué et n’est pas significatif de l’exposition annuelle. Par conséquent, ce type de mesurage n’est pas
applicable à l’évaluation de l’exposition annuelle.
NOTE L’origine du radon 222 et de ses descendants à vie courte dans l’environnement atmosphérique ainsi que
d’autres méthodes de mesure sont décrites de manière générale dans l’ISO 11665-1.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11665-3:2012(F)
Mesurage de la radioactivité dans l’environnement — Air: radon
222 —
Partie 3:
Méthode de mesure ponctuelle de l’énergie alpha potentielle
volumique de ses descendants à vie courte
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 11665 décrit la méthode de mesure ponctuelle destinée à déterminer l’activité volumique
des descendants à vie courte du radon 222 dans l’air et à calculer de l’énergie alpha potentielle volumique.
La présente partie de l’ISO 11665 fournit des indications pour réaliser un mesurage ponctuel de l’énergie alpha
potentielle volumique avec un prélèvement effectué en un lieu donné pendant plusieurs minutes, et sur les
conditions d’utilisation des dispositifs de mesure.
Cette méthode de mesure s’applique pour une évaluation rapide de l’énergie alpha potentielle volumique. Le
résultat obtenu ne peut pas être extrapolé à une estimation annuelle de l’énergie alpha potentielle volumique
des descendants à vie courte du radon 222. Par conséquent, ce type de mesure n’est pas applicable à
l’évaluation de l’exposition annuelle.
Cette méthode de mesure s’applique à des échantillons d’air ayant une énergie alpha potentielle volumique
3
supérieure à 5 nJ/m .
NOTE La présente partie de l’ISO 11665 ne couvre pas la contribution potentielle des descendants du radon 220.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application 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 (y compris les éventuels amendements) s’applique.
ISO 11665-1, Mesurage de la radioactivité dans l’environnement — Air: radon 222 — Partie 1: Origine du radon
et de ses descendants à vie courte et méthodes de mesure associées
ISO/CEI 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
CEI 61577-1, Instrumentation pour la radioprotection — Instruments de mesure du radon et des descendants
du radon — Partie 1: Règles générales
CEI 61577-3, Instrumentation pour la radioprotection — Instrument de mesure du radon et des descendants
du radon — Partie 3: Exigences spécifiques concernant les instruments de mesure des descendants du radon
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 11665-1 s’appliquent.
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ISO 11665-3:2012(F)
3.2 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles suivants ainsi que ceux donnés dans l’ISO 11665
s’appliquent.
C
activité volumique du nucléide i, en becquerels par mètre cube
i
E énergie de la particule alpha produite par la désintégration du nucléide i, en joules
AE,i
E énergie totale des particules alpha potentiellement produites par le nucléide i, en joules
AEt,i
E énergie alpha potentielle du nucléide i, en joules
PAE,i
énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre cube
E
PAEC,i
*
seuil de décision de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre cube
E
PAEC,i
#
limite de détection de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre
E
PAEC,i
cube
limite basse de l’intervalle de confiance de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en
E
PAEC,i
joules par mètre cube
limite haute de l’intervalle de confiance de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en
E
PAEC,i
joules par mètre cube
ème
I nombre de coups bruts obtenu lors du j comptage entre les instants t et t
j j cj
ème
I nombre de coups, dus au bruit de fond, obtenu lors du j comptage entre les instants t et t
0,j j cj
ème
k coefficient relatif au nombre de coups bruts du descendant du radon i, obtenu lors du j
i,j
comptage, et dépendant des constantes de désintégration des descendants du radon, de la
durée du prélèvement t et des instants t et t , par seconde au carré
s j cj
N nombre d’atomes du nucléide i
i
n nombre de comptages en fonction du protocole de comptage alpha global utilisé
Q débit de prélèvement, en mètre cube par seconde
t instant de fin du comptage j, en secondes
cj
t instant du début du comptage j, en secondes
j
t durée du prélèvement, en secondes
s
U incertitude élargie calculée par U = k·u( ) avec k = 2
u( ) incertitude type associée au résultat du mesurage
u ( ) incertitude standard relative
rel
V volume échantillonné, en mètres cubes
ε efficacité de comptage, en impulsions par désintégration
c
λ constante de désintégration du nucléide i, par seconde
i
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ISO 11665-3:2012(F)
4 Principe de la méthode de mesure
Le mesurage ponctuel de l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon est fondé sur
a) le prélèvement ponctuel, à un instant t, des descendants à vie courte du radon contenus dans un volume
d’air représentatif de l’atmosphère étudiée en utilisant une membrane à haute efficacité de collection,
b) des comptages alpha globaux, répétés, des descendants collectés en utilisant un détecteur sensible aux
particules alpha. L’étape de comptage démarre après l’arrêt du prélèvement, et
c) le calcul de l’activité volumique des descendants du radon en appliquant les lois de désintégration
radioactive et les résultats de comptages réalisés sur une durée prédéfinie et répétés à différents instants.
La méthode de comptage alpha global quantifie les particules alpha émises par les descendants à vie courte
222 218
du radon. La chaîne du descendant Rn montre que 99,98 % des désintégrations du Po donnent lieu
214
à l’émission de particules alpha, il peut donc être considéré comme un émetteur alpha pur. Le Pb et le
214
Bi ne sont pas des émetteurs alpha, mais ils contribuent à l’apparition de particules alpha provenant de la
214
désintégration du Po.
Après avoir prélevé l’échantillon d’air, l’activité alpha globale est mesurée pendant différentes périodes de
comptage. Du fait de la désintégration rapide des descendants du radon, la composition isotopique d’un
échantillon change rapidement pendant le prélèvement, mais aussi pendant les périodes de comptage. Des
mesurages répétés de l’activité alpha globale sont nécessaires pour décrire la désintégration de l’échantillon
afin de calculer les quantités des différents descendants initialement collectés dans l’échantillon d’air.
222
NOTE Bien que le Rn et ses descendants se trouvent généralement dans des quantités plus élevées, les
échantillons de l’atmosphère ambiante peuvent également contenir une activité importante de radionucléides de la chaîne
220
de désintégration du Rn ainsi que d’autres radionucléides à vie longue transportés dans l’air. Dans ces cas, il convient
d’adapter les formules et les modes opératoires indiqués dans la présente partie de l’ISO 11665 pour tenir compte de ces
radionucléides supplémentaires.
5 Équipement
L’appareil doit comprendre un système de prélèvement et un système de détection composé d’un détecteur relié
à un système de comptage (voir Figure 1). Le dispositif de mesure utilisé doit être conforme à la CEI 61577-1
et la CEI 61577-3.
Le système de prélèvement doit comprendre les composants suivants:
a) un porte-filtre ouvert qui permet un retrait rapide et aisé du filtre après le prélèvement;
b) une pompe;
c) un filtre à air à haute efficacité de collection (filtre HEPA avec un rendement minimal de 99,97 % pour une
taille de particules de 0,3 µm);
d) un débitmètre et un chronomètre;
Des exemples de détecteurs possibles comprennent:
— un photomultiplicateur associé avec une surface sensible scintillante [par exemple en ZnS(Ag)];
— un semi-conducteur au silicium sensible aux particules alpha.
Le détecteur est connecté à un système de comptage des impulsions et doit présenter une surface sensible de
détection de diamètre au moins égal à celui de la membrane filtrante.
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ISO 11665-3:2012(F)
a) Système d’échantillonnage b) Système de détection
Légende
1 membrane filtrante
2 porte-filtre
3 support
4 débitmètre et chronomètre
5 pompe
6 système de comptage
7 détecteur
Figure 1 — Schéma fonctionnel d’un système de mesure ponctuelle de l’énergie alpha potentielle
volumique des descendants à vie courte du radon
6 Prélèvement
6.1 Généralités
Le prélèvement ponctuel est représentatif de l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie
courte du radon 222 à un instant et à un endroit donnés.
6.2 Objectif du prélèvement
Le prélèvement a pour objectif de recueillir sans interruption tous les aérosols, quelle que soit leur taille
(fractions non attachées et attachées), porteur des descendants à vie courte du radon contenus dans l’air
ambiant sur une période d’échantillonnage donnée (inférieure à 1 h).
6.3 Caractéristiques du prélèvement
Les fractions non attachée et attachée des descendants à vie courte du radon sont prélevées sans interruption
dans l’atmosphère étudiée par pompage et filtration d’un volume d’air connu à travers une membrane filtrante à
haute efficacité de collection placée dans un porte-filtre ouvert. Le prélèvement d’air doit être omnidirectionnel.
Pour pouvoir réaliser un comptage correct des particules alpha émises, le système de prélèvement doit
permettre un dépôt en surface des radionucléides sur le filtre et éviter l’enfouissement des aérosols.
Le système de prélèvement doit être utilisé dans des conditions qui évitent tout colmatage de la membrane
filtrante, ce qui conduirait soit à une auto-absorption des émissions alpha des particules collectées sur le filtre
soit à une diminution du débit d’aspiration au cours du temps.
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ISO 11665-3:2012(F)
6.4 Conditions de prélèvement
6.4.1 Généralités
Le prélèvement doit être effectué comme spécifié dans l’ISO 11665-1. Le lieu du prélèvement ainsi que la date
et l’heure doivent être consignés.
6.4.2 Installation du système de prélèvement
L’installation du système de prélèvement doit être effectuée comme spécifié dans l’ISO 11665-1.
6.4.3 Durée du prélèvement
218
En raison des courtes périodes des descendants du radon 222, notamment du Po, la durée du prélèvement
est généralement inférieure ou égale à 20 min. Un prélèvement plus long n’améliorerait par la limite de détection
de la méthode.
6.4.4 Volume d’air prélevé
Le volume d’air prélevé doit être déterminé par un mesurage continu du débit pendant le prélèvement avec un
système étalonné (par exemple une buse sonique) (voir CEI 61577-3).
7 Méthode de détection
La détection est effectuée par scintillation du sulfure de zinc activé à l’argent ZnS(Ag) ou en utilisant un semi-
conducteur (détection alpha) conformément à l’ISO 11665-1.
8 Mesurage
8.1 Mode opératoire
Le mesurage doit être effectué comme suit.
a) Choix de la durée du prélèvement, t .
s
b) Planification de la phase de comptage avec n comptages, puis choix de l’instant de début t et de l’instant de
j
fin t du comptage pour chaque nombre de coups I . Les différentes séquences de comptage sont organisées
cj j
pour j = 1 à n. Un temps d’attente spécifique peut être nécessaire avant une séquence de comptage.
NOTE Des exemples de protocoles de comptage alpha global sont donnés dans l’Annexe A.
c) Installation du système de détection (détecteur et système de comptage d’impulsions).
d) Détermination du niveau de bruit de fond de la membrane filtrante. Avant de procéder au prélèvement, la
membrane vierge est positionnée face au détecteur conformément aux recommandations du fabricant.
La mesure de la membrane vierge est effectuée pa n comptages alpha globaux successifs pendant les
durées de comptage spécifiques t − t , selon les phases de comptage suivantes:
cj j
1) t = 0 à t = t attente, pas de comptage si t > 0;
1 1
2) t = t à t = t : le comptage I est effectué;
1 c1 0,1
3) t = t à t = t attente, pas de comptage si t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t à t = t : le comptage I est effectué.
j cj 0,j
Si n > 1, répéter les étapes 3 et 4 jusqu’à ce que j = n.
e) Enregistrement des valeurs de I pour j = 1 à n.
0,j
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ISO 11665-3:2012(F)
f) Choix et localisation du lieu de mesure.
g) Installation du système de prélèvement.
h) Prélèvement ponctuel d’un échantillon d’air représentatif de l’atmosphère étudiée pendant la durée du
prélèvement t .
s
i) Notification du lieu et du moment (date, heure et minutes) du prélèvement.
j) Une fois le prélèvement terminé, retrait de la membrane filtrante du système de prélèvement et
positionnement de celle-ci face au détecteur, conformément aux recommandations du fabricant. Compte
tenu des courtes périodes des descendants du radon 222, la détection des particules alpha doit être
effectuée sur le site de prélèvement dans les quelques minutes qui suivent le prélèvement.
k) Réalisation de n comptages alpha globaux successifs de la membrane pendant les durées de comptage
spécifiques t − t , selon les phases de comptage suivantes:
cj j
1) t = 0 à t = t attente, pas de comptage si t > 0;
1 1
2) t = t à t = t : le comptage I est effectué;
1 c1 1
3) t = t à t = t attente, pas de comptage si t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t à t = t : le comptage I est effectué.
j cj j
Si n > 1, répéter les étapes 3 et 4 jusqu’à ce que j = n.
l) Enregistrement des valeurs de I pour j = 1 à n.
j
m) Détermination de l’énergie alpha potentielle volumique par calcul.
8.2 Grandeurs d’influence
Différentes grandeurs peuvent influencer le mesurage au point de donner lieu à des résultats non représentatifs.
Suivant la méthode de mesure et la maîtrise des grandeurs d’influence habituelles citées dans la CEI 61577-1
et l’ISO 11665-1, il faut notamment tenir compte des grandeurs suivantes:
a) influence de la pression atmosphérique sur le processus de prélèvement;
b) influence des conditions de stockage de la membrane filtrante avant le début du prélèvement; les conditions
de stockage doivent éviter la contamination de la membrane filtrante par des descendants du radon;
c) contamination de la surface du détecteur. La contamination de la surface du détecteur doit être contrôlée
avant d’effectuer le mesurage;
d) présence potentielle d’autres émetteurs alpha (radium, isotopes de radon, etc.) sur la membrane filtrante
ou dans l’air ambiant.
Les recommandations données par les fabricants dans les notices d’utilisation des dispositifs de mesure
doivent être respectées.
8.3 Étalonnage
L’instrument de mesure doit être étalonné dans sa totalité (système de prélèvement et système de détection,
c’est-à-dire détecteur et électronique associée) selon les conditions définies dans l’ISO 11665-1.
La relation entre la grandeur mesurée par le système de détection et l’énergie alpha potentielle volumique des
descendants du radon dans l’air doit être établie en utilisant des sources radioactives de référence ou un autre
étalon (par exemple une atmosphère de référence) reconnu sur la base d’intercomparaisons internationales.
6 © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO 11665-3:2012(F)
9 Expression des résultats
9.1 Généralités
L’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon 222 est calculée à partir de
l’activité volumique de chaque descendant à vie courte ainsi que de l’énergie alpha potentielle volumique totale.
218 214 214
L’activité volumique du Po, du Pb et du Bi est calculée à partir de plusieurs comptages alpha globaux
I , du niveau de bruit de fond du détecteur I , du rendement de comptage, du débit d’aspiration et de la durée
j 0,j
du prélèvement. Il faut cependant faire les hypothèses suivantes:
a) les descendants à vie courte du radon sont les seuls radionucléides émetteurs d’alpha présents dans
l’air analysé;
b) leur activité volumique respective ne varie pas pendant le prélèvement;
c) le rendement de comptage est identique pour chaque descendant.
L’activité volumique de chaque descendant est calculée à partir des équations exprimant le nombre d’atomes de
chaque descendant présent sur le filtre à la fin du processus de prélèvement, en se fondant sur les comptages
alpha globaux obtenus pendant les différents intervalles de temps (voir Annexe B).
9.2 Énergie alpha potentielle volumique
L’énergie alpha potentielle volumique moyenne des descendants à vie courte du radon 222 est calculée comme
indiqué par l’Équation (1):
E EN⋅ EC⋅
PAE,i AEt,,ii AEtii
E == = (1)
PAEC,222 ∑∑ ∑
Rn
V V λ
i i
i i i
Ek⋅
AEt,,ii j
E =⋅ω ⋅−II (2)
()
PAEC,222 ∑∑ jj0,
Rn
λ
i
j i
où
1
C = ⋅⋅kI − Ik=⋅ω ⋅−II (3)
() ()
ii∑∑,,jj 00j ij,,jj
ε ⋅Q
c
j j
1
ω = (4)
ε ⋅Q
c
Une méthode de calcul de k est décrite en détail dans l’Annexe B.
i,j
218 214 214 214
NOTE Pour le Po, EE=+ E . Pour le Pb, Bi et Po, EE= .
AE,218 AE,214 214
AEt,i AEt,i
Po Po Po
9.3 Incertitude type
Les incertitudes sur le débit de prélèvement, sur le rendement de comptage et sur les comptages (niveau de
bruit de fond inclus) sont prises en compte.
Les incertitudes sur les constantes de désintégration, sur la durée du prélèvement et sur les durées des
comptages sont considérées négligeables. En conséquence, l’incertitude sur k est considérée négligeable.
i,j
Par hypothèse:
a) les variables sont toutes indépendantes;
b) les comptages I et I sont des variables normales qui obéissent à la loi de Poisson.
0,j j
© ISO 20
...
Questions, Comments and Discussion
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