Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft — Part 2: Characterization of instrument response

ISO 20785-1:2011 specifies methods and procedures for characterizing the responses of devices used for the determination of ambient dose equivalent for the evaluation of exposure to cosmic radiation in civilian aircraft. The methods and procedures are intended to be understood as minimum requirements.

Dosimétrie de l'exposition au rayonnement cosmique dans l'aviation civile — Partie 2: Caractérisation de la réponse des instruments

La présente partie de l'ISO 20785 spécifie les méthodes et les modes opératoires permettant de caractériser les réponses des dispositifs utilisés pour déterminer l'équivalent de dose ambiant en vue de l'évaluation de l'exposition au rayonnement cosmique à bord d'un avion civil. Les méthodes et les modes opératoires doivent être considérés comme des exigences minimales.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
22-May-2011
Withdrawal Date
22-May-2011
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
13-Jul-2020
Completion Date
13-Jul-2020
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ISO 20785-2:2011 - Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft
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ISO 20785-2:2011 - Dosimétrie de l'exposition au rayonnement cosmique dans l'aviation civile
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20785-2
First edition
2011-06-01
Dosimetry for exposures to cosmic
radiation in civilian aircraft —
Part 2:
Characterization of instrument response
Dosimétrie de l'exposition au rayonnement cosmique dans l'aviation
civile —
Partie 2: Caractérisation de la réponse des instruments
Reference number
ISO 20785-2:2011(E)
ISO 2011
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ISO 20785-2:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2011

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,

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Fax + 41 22 749 09 47
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Published in Switzerland
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ISO 20785-2:2011(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

1 Scope......................................................................................................................................................1

2 Normative references............................................................................................................................1

3 Terms and definitions ...........................................................................................................................2

3.1 General terms ........................................................................................................................................2

3.2 Terms related to quantities and units .................................................................................................7

3.3 Terms related to the atmospheric radiation field.............................................................................11

4 General considerations.......................................................................................................................12

4.1 The cosmic radiation field in the atmosphere..................................................................................12

4.2 General considerations for the dosimetry of the cosmic radiation field in aircraft and

requirements for the characterization of instrument response .....................................................14

4.3 General considerations for measurements at aviation altitudes ...................................................15

5 Calibration fields and procedures .....................................................................................................16

5.1 General considerations.......................................................................................................................16

5.2 Characterization of an instrument .....................................................................................................18

5.3 Instrument-related software ...............................................................................................................21

6 Uncertainties........................................................................................................................................22

7 Remarks on performance tests..........................................................................................................22

Annex A (informative) Representative particle fluence energy distributions for the cosmic

radiation field at flight altitudes for solar minimum and maximum conditions and for

minimum and maximum vertical cut-off rigidity ..............................................................................23

Annex B (informative) Radiation fields recommended for use in calibrations...........................................25

Annex C (informative) Comparison measurements ......................................................................................29

Annex D (informative) Charged-particle irradiation facilities......................................................................31

Bibliography......................................................................................................................................................32

© ISO 2011 – All rights reserved iii
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ISO 20785-2:2011(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 20785-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies, and

radiological protection, Subcommittee SC 2, Radiological protection.

ISO 20785 consists of the following parts, under the general title Dosimetry for exposures to cosmic radiation

in civilian aircraft:
⎯ Part 1: Conceptual basis for measurements
⎯ Part 2: Characterization of instrument response
A Part 3 dealing with measurements at aviation altitudes is in preparation.
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 20785-2:2011(E)
Introduction

Aircraft crews are exposed to elevated levels of cosmic radiation of galactic and solar origin and secondary

radiation produced in the atmosphere, the aircraft structure and its contents. Following recommendations of

[1] [2]

the International Commission on Radiological Protection in Publication 60 , confirmed by Publication 103 ,

[3]

the European Union (EU) introduced a revised Basic Safety Standards Directive which included exposure to

natural sources of ionizing radiation, including cosmic radiation, as occupational exposure. The Directive

requires account to be taken of the exposure of aircraft crew liable to receive more than 1 mSv per year. It

then identifies the following four protection measures: (i) to assess the exposure of the crew concerned; (ii) to

take into account the assessed exposure when organizing working schedules with a view to reducing the

doses of highly exposed crew; (iii) to inform the workers concerned of the health risks their work involves; and

(iv) to apply the same special protection during pregnancy to female crew in respect of the “child to be born”

as to other female workers. The EU Council Directive has already been incorporated into laws and regulations

of EU member states and is being included in the aviation safety standards and procedures of the Joint

Aviation Authorities and the European Air Safety Agency. Other countries, such as Canada and Japan, have

issued advisories to their airline industries to manage aircraft crew exposure.

For regulatory and legislative purposes, the radiation protection quantities of interest are equivalent dose (to

the foetus) and effective dose. The cosmic radiation exposure of the body is essentially uniform, and the

maternal abdomen provides no effective shielding to the foetus. As a result, the magnitude of equivalent dose

to the foetus can be put equal to that of the effective dose received by the mother. Doses on board aircraft are

generally predictable, and events comparable to unplanned exposure in other radiological workplaces cannot

normally occur (with the rare exceptions of extremely intense and energetic solar particle events). Personal

dosemeters for routine use are not considered necessary. The preferred approach for the assessment of

doses of aircraft crew, where necessary, is to calculate directly the effective dose per unit time, as a function

of geographic location, altitude and solar cycle phase, and to combine these values with flight and staff roster

information to obtain estimates of effective doses for individuals. This approach is supported by guidance from

[4]
the European Commission and the ICRP in Publication 75 .

The role of calculations in this procedure is unique in routine radiation protection, and it is widely accepted that

[5]

the calculated doses should be validated by measurement . Effective dose is not directly measurable. The

operational quantity of interest is the ambient dose equivalent, H*(10). In order to validate the assessed doses

obtained in terms of effective dose, calculations can be made of ambient dose equivalent rates or route doses

in terms of ambient dose equivalent, and values of this quantity determined by measurements traceable to

national standards. The validation of calculations of ambient dose equivalent for a particular calculation

method may be taken as a validation of the calculation of effective dose by the same computer code, but this

step in the process might need to be confirmed. The alternative is to establish, a priori, that the operational

quantity ambient dose equivalent is a good estimator of effective dose and equivalent dose to the foetus for

the radiation fields being considered, in the same way that the use of the operational quantity personal dose

equivalent is justified for the estimation of effective dose for radiation workers.

The radiation field in aircraft at altitude is complex, with many types of ionizing radiation present, with energies

ranging up to many GeV. The determination of ambient dose equivalent for such a complex radiation field is

difficult. In many cases, the methods used for the determination of ambient dose equivalent in aircraft are

similar to those used at high-energy accelerators in research laboratories. Therefore, it is possible to

recommend dosimetric methods and methods for the calibration of dosimetric devices, as well as the

techniques for maintaining the traceability of dosimetric measurements to national standards. Dosimetric

measurements made to evaluate ambient dose equivalent need to be performed using accurate and reliable

methods that ensure the quality of readings provided to workers and regulatory authorities. The purpose of

this part of ISO 20785 is to specify procedures for the determination of the responses of instruments in

different reference radiation fields, as a basis for proper characterization of instruments used for the

determination of ambient dose equivalent in aircraft at altitude.

Requirements for the determination and recording of the cosmic radiation exposure of aircraft crew have been

introduced into the national legislation of EU member states and other countries. Harmonization of methods

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ISO 20785-2:2011(E)

used for determining ambient dose equivalent and for calibrating instruments is desirable to ensure the

compatibility of measurements performed with such instruments.

This part of ISO 20785 is intended for the use of primary and secondary calibration laboratories for ionizing

radiation, by radiation protection personnel employed by governmental agencies, and by industrial

corporations concerned with the determination of ambient dose equivalent for aircraft crew.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20785-2:2011(E)
Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian
aircraft —
Part 2:
Characterization of instrument response
1 Scope

This part of ISO 20785 specifies methods and procedures for characterizing the responses of devices used for

the determination of ambient dose equivalent for the evaluation of exposure to cosmic radiation in civilian

aircraft. The methods and procedures are intended to be understood as minimum requirements.

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/IEC Guide 98-1, Uncertainty of measurement — Part 1: Introduction to the expression of uncertainty in

measurement

ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in

measurement (GUM:1995)

ISO 4037-1, X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for

determining their response as a function of photon energy — Part 1: Radiation characteristics and production

methods

ISO 6980-1, Nuclear energy — Reference beta-particle radiation — Part 1: Methods of production

ISO 8529-1:2001, Reference neutron radiations — Part 1: Characteristics and methods of production

ISO 12789-1, Reference radiation fields — Simulated workplace neutron fields — Part 1: Characteristics and

methods of production

ISO 12789-2, Reference radiation fields — Simulated workplace neutron fields — Part 2: Calibration

fundamentals related to the basic quantities

ISO 20785-1, Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft — Part 1: Conceptual basis for

measurements

ISO 29661, Reference radiation fields for radiation protection — Definitions and fundamental concepts

© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO 20785-2:2011(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1 General terms
3.1.1
angle of radiation incidence

angle between the direction of radiation incidence and the reference direction of the instrument

3.1.2
calibration

operation that, under specified conditions, establishes a relation between the conventional quantity, H , and

the indication, G

NOTE 1 A calibration can be expressed by a statement, calibration function, calibration diagram, calibration curve or

calibration table. In some cases, it can consist of an additive or multiplicative correction of the indication with associated

measurement uncertainty.

NOTE 2 It is important not to confuse calibration with adjustment of a measuring system, often mistakenly called

“self-calibration”, or with verification of calibration.
3.1.3
calibration coefficient
coeff

quotient of the conventional quantity value to be measured and the corrected indication of the instrument

NOTE 1 The calibration coefficient is equivalent to the calibration factor multiplied by the instrument constant.

NOTE 2 The reciprocal of the calibration coefficient, N , is the response.
coeff

NOTE 3 For the calibration of some instruments, e.g. ionization chambers, the instrument constant and the calibration

factor are not identified separately but are applied together as the calibration coefficient.

NOTE 4 It is necessary, in order to avoid confusion, to state the quantity to be measured, for example: the calibration

coefficient with respect to fluence, N , the calibration coefficient with respect to kerma, N , the calibration coefficient with

Φ K
respect to absorbed dose, N .
3.1.4
calibration conditions

conditions, within the range of standard test conditions, actually prevailing during the calibration

3.1.5
calibration factor
fact

factor by which the product of the corrected indication and the associated instrument constant of the

instrument is multiplied to obtain the conventional quantity value to be measured under reference conditions

NOTE 1 The calibration factor is dimensionless.

NOTE 2 The corrected indication is the indication of the instrument corrected for the effect of influence quantities,

where applicable.

NOTE 3 The value of the calibration factor can vary with the magnitude of the quantity to be measured. In such cases,

a detector assembly is said to have a non-constant response.
2 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 20785-2:2011(E)
3.1.6
measured quantity value
measured value of a quantity
measured value
quantity value representing a measurement result

NOTE 1 For a measurement involving replicate indications, each indication can be used to provide a corresponding

measured quantity value. This set of measured quantity values can be used to calculate a resulting measured quantity

value, such as an average or a median value, usually with a decreased associated measurement uncertainty.

NOTE 2 When the range of the true quantity values believed to represent the measurand is small compared with the

measurement uncertainty, a measured quantity value can be considered to be an estimate of an essentially unique true

quantity value and is often an average or a median of individual measured quantity values obtained through replicate

measurements.

NOTE 3 In the case where the range of the true quantity values believed to represent the measurand is not small

compared with the measurement uncertainty, a measured value is often an estimate of an average or a median of the set

of true quantity values.

NOTE 4 In ISO/IEC Guide 98-3:2008, the terms “result of measurement” and “estimate of the value of the measurand”

or just “estimate of the measurand” are used for “measured quantity value”.
3.1.7
conventional quantity value
conventional value of a quantity
conventional value
quantity value attributed by agreement to a quantity for a given purpose

NOTE 1 The term “conventional true quantity value” is sometimes used for this concept, but its use is discouraged.

NOTE 2 Sometimes, a conventional quantity value is an estimate of a true quantity value.

NOTE 3 A conventional quantity value is generally accepted as being associated with a suitably small measurement

uncertainty, which might be zero.

NOTE 4 In ISO 20785, the conventional quantity value is the best estimate of the value of the quantity to be measured,

determined by a primary or a secondary standard which is traceable to a primary standard.

3.1.8
correction factor

factor applied to the indication to correct for deviation of measurement conditions from reference conditions

NOTE If the correction of the effect of the deviation of an influence quantity requires a factor, the influence quantity is

of type F.
3.1.9
correction summand

summand applied to the indication to correct for the zero indication or the deviation of the measurement

conditions from the reference conditions

NOTE If the correction of the effect of the deviation of an influence quantity requires a summand, the influence

quantity is of type S.
© ISO 2011 – All rights reserved 3
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ISO 20785-2:2011(E)
3.1.10
indication
quantity value provided by a measuring instrument or a measuring system

NOTE 1 An indication can be presented in visual or acoustic form or can be transferred to another device. An indication

is often given by the position of a pointer on the display for analogue outputs, a displayed or printed number for digital

outputs, a code pattern for code outputs, or an assigned quantity value for material measures.

NOTE 2 An indication and a corresponding value of the quantity being measured are not necessarily values of

quantities of the same kind.
3.1.11
influence quantity

quantity that, in a direct measurement, does not affect the quantity that is actually measured, but affects the

relation between the indication and the measurement result

NOTE 1 An indirect measurement involves a combination of direct measurements, each of which may be affected by

influence quantities.

NOTE 2 In ISO/IEC Guide 98-3:2008, the concept “influence quantity” is defined as in ISO/IEC Guide 99:2007,

covering not only the quantities affecting the measuring system, as in the definition above, but also those quantities that

affect the quantities actually measured. Also, in ISO/IEC Guide 98-3, this concept is not restricted to direct measurements.

NOTE 3 The correction of the effect of the influence quantity can require a correction factor (for an influence quantity of

type F) and/or a correction summand (for an influence quantity of type S) to be applied to the indication of the detector

assembly, e.g. in the case of microphonic or electromagnetic disturbance.

EXAMPLE The indication given by an unsealed ionization chamber is influenced by the temperature and pressure of

the surrounding atmosphere. Although needed for determining the value of the dose, the measurement of these two

quantities is not the primary objective.
3.1.12
instrument constant

quantity value by which the indication of the instrument, G (or, if corrections or normalization were carried out,

G ), is multiplied to give the value of the measurand or of a quantity to be used to calculate the value of the

corr
measurand

NOTE If the instrument's indication is already expressed in the same units as the measurand, as is the case with

area dosemeters, for instance, the instrument constant, c, is dimensionless. In such cases, the calibration factor and the

calibration coefficient can be the same. Otherwise, if the indication of the instrument has to be converted to the same units

as the measurand, the instrument constant has a dimension.
3.1.13
measurand
quantity intended to be measured
3.1.14
point of test
point in the radiation field at which the conventional quantity value is known

NOTE The reference point of a detector assembly is placed at the point of test for calibration purposes or for the

determination of the response.
3.1.15
primary measurement standard
primary standard

measurement standard established using a primary reference measurement procedure or created as an

artifact, chosen by convention
NOTE A primary standard has the highest metrological quality in a given field.
4 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 20785-2:2011(E)
3.1.16
quantity value
number and reference together expressing the magnitude of a quantity

NOTE A quantity value is either a product of a number and a measurement unit (the unit “one” is generally not

indicated for quantities of dimension “one”) or a number and a reference to a measurement procedure.

3.1.17
reference conditions

conditions of use prescribed for testing the performance of a detector assembly or for comparing the results of

measurements

NOTE 1 The reference conditions represent the values of the set of influence quantities for which the calibration result

is valid without any correction.

NOTE 2 The value of the measurand can be chosen freely in agreement with the properties of the detector assembly to

be calibrated. The quantity to be measured is not an influence quantity but can influence the calibration result and the

response (see also Note 1).
3.1.18
reference direction

direction, in the coordinate system of the detector assembly, with respect to which the angle of the direction of

radiation incidence is measured in reference fields

NOTE At the angle of incidence of 0°, the reference direction of the detector assembly is parallel to the direction of

radiation incidence. At the angle of 180°, the reference direction of the detector assembly is anti-parallel to the direction of

radiation incidence.
3.1.19
reference orientation

orientation of the detector assembly for which the direction of the incident radiation coincides with the

reference direction of the detector assembly
3.1.20
reference point

point in the instrument that is placed at the point of test for calibration and test purposes

NOTE The distance of measurement is given by the distance between the radiation source and the reference point of

the detector assembly.
3.1.21
response

quotient of the indication, G, or the corrected indication, G , and the conventional quantity value to be

corr
measured

NOTE 1 To avoid confusion, it is necessary to specify which of the quotients given in the definition of the response

(that for the indication, G, or that for the corrected indication, G ) has been used. Furthermore, it is necessary, in order to

corr

avoid confusion, to state the quantity to be measured, for example the response with respect to fluence, R , the response

with respect to kerma, R or the response with respect to absorbed dose, R .
K D

NOTE 2 The reciprocal of the response under the specified conditions is equal to the calibration coefficient, N .

coeff

NOTE 3 The value of the response can vary with the magnitude of the quantity to be measured. In such cases, the

detector assembly's response is said to be non-constant.

NOTE 4 The response usually varies with the energy and direction distribution of the incident radiation. It is therefore

JJG

useful to consider the response as a function, R(E,Ω), of the radiation energy, E, and the direction, Ω , of the incident

monodirectional radiation. R(E) describes the “energy dependence” and R(Ω) the “angle dependence” of the response; for

JJG

the latter, Ω may be expressed by the angle, α, between the reference direction of the detector assembly and the

direction of an external monodirectional field.
© ISO 2011 – All rights reserved 5
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ISO 20785-2:2011(E)
3.1.22
secondary measurement standard
secondary standard

measurement standard established through calibration with respect to a primary measurement standard for a

quantity of the same kind

NOTE 1 Calibration can be carried out directly between a primary measurement standard and a secondary

measurement standard or it can involve an intermediate measuring system calibrated by the primary measurement

standard followed by assignment of a measurement result to the secondary measurement standard.

NOTE 2 A secondary standard can be variously represented, e.g. as a measuring device or a radionuclide source unit.

NOTE 3 The secondary standard can be used for calibrating a detector assembly and/or for determining its response.

The calibration of the secondary standard needs to be valid for the irradiation conditions used, e.g. energy, dose and/or

dose rate, and environmental conditions. The stability and reproducibility of the secondary standard has to be verified

periodically.

NOTE 4 The quantity value of the secondary standard is equated to the best estimate of the quantity, i.e. the

conventional quantity value.
3.1.23
standard test conditions

conditions represented by the range of values for the influence quantities under which a calibration or

determination of the response is carried out

NOTE Ideally, calibrations are carried out under reference conditions. As this is not always possible (e.g. for ambient

air pressure) or convenient (e.g. for ambient temperature), a (small) interval around the reference values can be

acceptable. If a calibration factor or response determined under standard conditions deviates significantly from the value

that would be obtained under reference conditions, a correction will normally be applied.

3.1.24
true quantity value
true value of a quantity
true value
quantity value consistent with the definition of a quantity

NOTE 1 In the error approach to describing a measurement, a true quantity value is considered unique and, in practice,

unknowable. The uncertainty approach is to recognize that, owing to the inherently incomplete amount of detail in the

definition of a quantity, there is not a single true quantity value but rather a set of true quantity values consistent with the

definition. However, this set of values is, in principle and in practice, unknowable. Other approaches dispense altogether

with the concept of a true quantity value and rely on the concept of metrological compatibility of measurement results for

assessing their validity.

NOTE 2 In the special case of a fundamental constant, the quantity is considered to have a single true quantity value.

NOTE 3 When the definitional uncertainty associated with the measurand is considered to be negligible compared to

the other components of the measurement uncertainty, the measurand can be considered to have an “essentially unique”

true quantity value. This is the approach taken by ISO/IEC Guide 98-3 and associated documents, in which the word “true”

is considered to be redundant.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 20785-2:2011(E)
3.2 Terms related to quantities and units
[71]

Most of the definitions in this subclause have been adapted from ISO 80000-10:2009 and ICRU

[6] [7]
Reports 36 and 51 .
3.2.1
particle fluence
fluence
at a given point in space, the mean number, dN, of particles incid
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20785-2
Première édition
2011-06-01
Dosimétrie de l'exposition au
rayonnement cosmique dans l'aviation
civile —
Partie 2:
Caractérisation de la réponse des
instruments
Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft —
Part 2: Characterization of instrument response
Numéro de référence
ISO 20785-2:2011(F)
ISO 2011
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ISO 20785-2:2011(F)
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ISO 20785-2:2011(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

3.1 Termes généraux ................................................................................................................................................................................... 2

3.2 Termes apparentés aux grandeurs et aux unités ....................................................................................................... 7

3.3 Termes apparentés au champ de rayonnement atmosphérique ..............................................................11

4 Considérations générales .........................................................................................................................................................................13

4.1 Champ de rayonnement cosmique dans l’atmosphère .....................................................................................13

4.2 Aspects généraux à considérer pour la dosimétrie du champ de rayonnement
cosmique à bord d’un avion et exigences relatives à la caractérisation de la

réponse des instruments .............................................................................................................................................................14

4.3 Considérations générales concernant les mesurages aux altitudes de vol des avions ..........15

5 Champs et modes opératoires d’étalonnage ........................................................................................................................17

5.1 Considérations générales ............................................................................................................................................................17

5.2 Caractérisation d’un instrument...........................................................................................................................................19

5.2.1 Détermination des caractéristiques dosimétriques d’un instrument.............................19

5.2.2 Champs de rayonnement de référence ......................................................................................................21

5.2.3 Rayonnement diffusé ................................................................................................................................................22

5.2.4 Effet des autres types de rayonnement .....................................................................................................22

5.2.5 Exigences relatives à la caractérisation dans des conditions différentes

des conditions de référence ................................................................................................................................22

5.2.6 Utilisation de simulations numériques .....................................................................................................23

5.3 Logiciels associés aux instruments ....................................................................................................................................23

5.3.1 Modes opératoires de développement des logiciels ......................................................................23

5.3.2 Essais logiciels ................................................................................................................................................................24

5.3.3 Analyse des données dans des feuilles de calcul ...............................................................................24

6 Incertitudes.............................................................................................................................................................................................................24

7 Remarques concernant les essais de performances ....................................................................................................24

Annexe A (informative) Distributions en énergie représentatives de la fluence de particules

pour le rayonnement cosmique à des altitudes de vol d’avion dans les conditions

de période d’activité solaire minimale et maximale et pour la coupure de rigidité

géomagnétique verticale minimale et maximale ............................................................................................................25

Annexe B (informative) Champs de rayonnement recommandés pour les étalonnages ............................29

Annexe C (informative) Mesurages comparatifs ...................................................................................................................................33

Annexe D (informative) Installations d’irradiation de particules chargées.............................................................35

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................36

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ISO 20785-2:2011(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 Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives

ISO/IEC, 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.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies

nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.

L’ISO 20785 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Dosimétrie pour l’exposition

au rayonnement cosmique à bord d’un avion civil:
— Partie 1: Fondement théorique des mesurages
— Partie 2: Caractérisation de la réponse des instruments
Une Partie 3 traitant des mesurages à bord d’avions est en cours de préparation.
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ISO 20785-2:2011(F)
Introduction

Le personnel navigant est exposé à des niveaux élevés de rayonnement cosmique d’origine galactique et

solaire, ainsi qu’au rayonnement secondaire produit dans l’atmosphère, dans la structure de l’avion et

son contenu. Suivant les recommandations de la Commission internationale de protection radiologique

[1] [2]

dans la Publication 60 , confirmées par la Publication 103 , l’Union européenne (UE) a établi la

[3]

révision d’une Directive relative aux normes de sécurité de base , classant parmi les expositions

professionnelles le cas de l’exposition aux sources naturelles de rayonnements ionisants, y compris le

rayonnement cosmique. Cette Directive exige de prendre en compte l’exposition du personnel navigant

susceptible de recevoir plus de 1 mSv par an. Elle identifie ensuite les quatre mesures de protection

suivantes: (i) évaluation de l’exposition du personnel concerné; (ii) prise en compte de l’exposition

évaluée lors de l’organisation des programmes de travail, en vue de réduire les doses du personnel

navigant fortement exposé; (iii) information aux travailleurs concernés sur les risques pour la santé que

leur travail implique; et (iv) application des mêmes règles de protection spécifiques en cas de grossesse

pour le personnel navigant féminin, eu égard à «l’enfant à naître», que pour tout autre travailleur

exposé de sexe féminin. La Directive du Conseil de l’UE a déjà été intégrée aux lois et réglementations

des États membres de l’UE ainsi que dans les normes et les modes opératoires de sécurité de l’aviation,

des autorités communes de l’aviation (Joint Aviation Authorities) et de l’Agence européenne pour la

sécurité aérienne (European Air Safety Agency). D’autres pays tels que le Canada et le Japon ont émis

des règles ou des recommandations à l’attention de leurs compagnies aériennes pour gérer la question

de l’exposition du personnel navigant.

Les grandeurs de protection concernées, dans un cadre réglementaire et législatif, sont la dose

équivalente (au fœtus) et la dose efficace. L’exposition de l’organisme au rayonnement cosmique est

globalement uniforme et l’abdomen maternel ne fournit aucune protection particulière au fœtus.

Ainsi, la dose équivalente au fœtus peut être considérée comme égale à la dose efficace reçue par la

mère. Les doses liées à l’exposition à bord des avions sont généralement prévisibles, et des événements

comparables à des expositions non prévues à d’autres postes de travail sous rayonnement ne peuvent

pas habituellement se produire (à l’exception rare des éruptions solaires extrêmement intenses

produisant des particules solaires très énergétiques). Le recours à des dosimètres individuels pour un

usage de routine n’est pas considéré comme nécessaire. L’approche préférée pour l’évaluation des doses

reçues par le personnel navigant, si nécessaire, consiste à calculer directement la dose efficace par

unité de temps, en fonction des coordonnées géographiques, de l’altitude et de la phase du cycle solaire,

et à combiner ces valeurs avec les informations concernant le vol et le tableau de service du personnel,

afin d’obtenir des estimations des doses efficaces pour les individus. Cette approche est recommandée

[4]
par la directive de la Commission européenne et la CIPR dans la Publication 75 .

Le rôle des calculs dans ce mode opératoire est unique par rapport aux méthodes d’évaluation

habituellement utilisées en radioprotection et il est largement admis qu’il convient de valider les doses

[5]

calculées par mesurage . La dose efficace n’est pas directement mesurable. La grandeur opérationnelle

utilisée est l’équivalent de dose ambiant, H*(10). Afin de valider les doses évaluées en termes de dose

efficace, il est possible de calculer les débits d’équivalent de dose ambiant ou les doses pendant le vol,

en termes d’équivalent de dose ambiant, ainsi que les valeurs de cette grandeur déterminées par des

mesurages traçables à des étalons nationaux. La validation des calculs de l’équivalent de dose ambiant

par une méthode de calcul particulière peut être considérée comme la validation du calcul de la

dose efficace par le même code de calcul, mais cette étape du processus d’évaluation peut nécessiter

d’être confirmée. La variante consiste à établir, a priori, que l’équivalent de dose ambiant constitue

un bon estimateur de la dose efficace et de la dose équivalente destinée au fœtus pour les champs

de rayonnements considérés, de la même façon que l’utilisation de l’équivalent de dose individuel est

justifiée pour l’estimation de la dose efficace des travailleurs sous rayonnement.

Le champ de rayonnement auquel est soumis un avion aux altitudes de vol est complexe, avec la présence

de nombreux types de rayonnements ionisants dont les énergies peuvent atteindre plusieurs GeV. Il est

difficile de déterminer l’équivalent de dose ambiant pour un champ de rayonnement si complexe. Dans

de nombreux cas, les méthodes employées pour déterminer l’équivalent de dose ambiant à bord d’un

avion sont semblables à celles utilisées auprès d’accélérateurs haute énergie dans les laboratoires de

recherche. Des méthodes dosimétriques et des méthodes d’étalonnage des dispositifs dosimétriques

peuvent par conséquent être recommandées, ainsi que les techniques permettant de conserver la

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ISO 20785-2:2011(F)

traçabilité des mesurages dosimétriques à des étalons nationaux. Les mesurages dosimétriques

effectués pour évaluer l’équivalent de dose ambiant doivent être réalisés à l’aide de méthodes précises

et fiables qui assurent la qualité des relevés fournis aux travailleurs et aux autorités de réglementation.

La présente partie de l’ISO 20785 a pour objectif de spécifier les modes opératoires permettant de

déterminer les réponses des instruments dans différents champs de rayonnement de référence,

lesquelles réponses serviront de base pour la caractérisation correcte des instruments utilisés pour

déterminer l’équivalent de dose ambiant à bord d’un avion aux altitudes de vol.

Les exigences relatives à la détermination et à l’enregistrement de l’exposition au rayonnement cosmique

du personnel navigant font partie intégrante de la législation nationale des États membres de l’UE et

d’autres pays. Il est souhaitable d’harmoniser les méthodes permettant de déterminer l’équivalent de

dose ambiant et d’étalonner les instruments utilisés afin de garantir la compatibilité des mesurages

effectués avec de tels instruments.

La présente partie de l’ISO 20785 est destinée à être utilisée par les laboratoires d’étalonnages

primaire et secondaire dans le domaine des rayonnements ionisants, par le personnel des services de

radioprotection employé par les organismes publics et par les entreprises industrielles, intéressées par

la détermination de l’équivalent de dose ambiant du personnel navigant.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20785-2:2011(F)
Dosimétrie de l'exposition au rayonnement cosmique dans
l'aviation civile —
Partie 2:
Caractérisation de la réponse des instruments
1 Domaine d'application

La présente partie de l’ISO 20785 spécifie les méthodes et les modes opératoires permettant de

caractériser les réponses des dispositifs utilisés pour déterminer l’équivalent de dose ambiant en vue

de l’évaluation de l’exposition au rayonnement cosmique à bord d’un avion civil. Les méthodes et les

modes opératoires doivent être considérés comme des exigences minimales.
2 Références normatives

Les documents ci-après sont des références normatives indispensables à 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 s'applique (y compris les éventuels amendements).

Guide ISO/IEC 98-1, Incertitude de mesure — Partie 1: Introduction à l’expression de l’incertitude de mesure

Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure

(GUM:1995)

ISO 4037-1, Rayonnement X et gamma de référence pour l’étalonnage des dosimètres et des débitmètres, et

pour la détermination de leur réponse en fonction de l’énergie des photons — Partie 1: Caractéristiques des

rayonnements et méthodes de production

ISO 6980-1, Énergie nucléaire — Rayonnements bêta de référence — Partie 1: Méthodes de production

ISO 8529-1:2001, Rayonnements neutroniques de référence — Partie 1: Caractéristiques et méthodes de

production

ISO 12789-1, Champs de rayonnement de référence — Champs de neutrons simulant ceux de postes de

travail — Partie 1: Caractéristiques et méthodes de production

ISO 12789-2, Champs de rayonnement de référence — Champs de neutrons simulant ceux de postes de

travail — Partie 2: Concepts d’étalonnage en relation avec les grandeurs fondamentales

ISO 20785-1, Dosimétrie pour l’exposition au rayonnement cosmique à bord d’un avion civil — Partie 1:

Fondement théorique des mesurages

ISO 29661, Champs de rayonnement de référence pour la radioprotection — Définitions et concepts

fondamentaux
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

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ISO 20785-2:2011(F)
3.1 Termes généraux
3.1.1
angle d’incidence du rayonnement

angle entre la direction de l’incidence du rayonnement et la direction de référence de l’instrument

3.1.2
étalonnage

opération qui, dans des conditions spécifiées, établit une relation entre la grandeur conventionnelle, H ,

et l’indication, G

Note 1 à l'article: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d’un énoncé, d’une fonction d’étalonnage, d’un

diagramme d’étalonnage, d’une courbe d’étalonnage ou d’une table d’étalonnage. Dans certains cas, il peut

consister en une correction additive ou multiplicative de l’indication avec une incertitude de mesure associée.

Note 2 à l'article: Il est important de ne pas confondre l’étalonnage avec l’ajustage d’un système de mesure,

souvent appelé improprement «auto-étalonnage», ni avec la vérification de l’étalonnage.

3.1.3
coefficient d’étalonnage
coeff

quotient de la valeur conventionnelle d’une grandeur à mesurer et de l’indication corrigée de

l’instrument

Note 1 à l'article: Le coefficient d’étalonnage est équivalent au facteur d’étalonnage multiplié par la constante de

l’instrument.
Note 2 à l'article: L’inverse du coefficient d’étalonnage, N , est la réponse.
coeff

Note 3 à l'article: Pour l’étalonnage de quelques instruments, par exemple les chambres d’ionisation, la constante

de l’instrument et le facteur d’étalonnage ne sont pas identifiés séparément, mais sont appliqués ensemble en

tant que coefficient d’étalonnage.

Note 4 à l'article: Il est nécessaire, pour éviter toute confusion, d’indiquer la grandeur à mesurer, par exemple le

coefficient d’étalonnage en ce qui concerne la fluence, N , le coefficient d’étalonnage en ce qui concerne le kerma,

N , le coefficient d’étalonnage en ce qui concerne la dose absorbée, N .
K D
3.1.4
conditions d’étalonnage

conditions situées dans la gamme des conditions normales d’essai existant au cours de l’étalonnage

3.1.5
facteur d’étalonnage
fact

facteur par lequel le produit de l’indication corrigée et de la constante associée de l’instrument est

multiplié afin d’obtenir la valeur conventionnelle d’une grandeur à mesurer dans les conditions de

référence
Note 1 à l'article: Le facteur d’étalonnage n’a pas de dimension.

Note 2 à l'article: L’indication corrigée est l’indication de l’instrument corrigée en fonction de l’effet des grandeurs

d’influence, le cas échéant.

Note 3 à l'article: La valeur du facteur d’étalonnage peut varier selon l’expression quantitative de la grandeur à

mesurer. Dans de tels cas, on dit que l’ensemble de détecteur a une réponse non constante.

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ISO 20785-2:2011(F)
3.1.6
valeur de la grandeur mesurée
valeur mesurée
valeur d’une grandeur représentant un résultat de mesure

Note 1 à l'article: Pour un mesurage impliquant des indications répétées, chacune peut être utilisée pour

fournir une valeur mesurée correspondante. Cet ensemble de valeurs mesurées peut ensuite être utilisé pour

calculer une valeur mesurée résultante, telle qu’une valeur moyenne ou une valeur médiane, en général avec une

incertitude de mesure associée qui décroît.

Note 2 à l'article: Lorsque l’étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande est petite

par rapport à l’incertitude de mesure, on peut considérer une valeur mesurée comme une estimation d’une

valeur vraie par essence unique, souvent sous la forme d’une moyenne ou d’une médiane de valeurs mesurées

individuelles obtenues par des mesurages répétés.

Note 3 à l'article: Lorsque l’étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande n’est pas

petite par rapport à l’incertitude de mesure, une valeur mesurée est souvent une estimation d’une moyenne ou

d’une médiane de l’ensemble des valeurs vraies.

Note 4 à l'article: Dans le Guide ISO/IEC 98-3:2008, les termes «résultat de mesure» et «estimation de la valeur du

mesurande», ou simplement «estimation du mesurande», sont utilisés au sens de «valeur mesurée».

3.1.7
valeur conventionnelle
valeur conventionnelle d’une grandeur
valeur attribuée à une grandeur par un accord pour un usage donné

Note 1 à l'article: Le terme «valeur conventionnellement vraie» est quelquefois utilisé pour ce concept, mais son

utilisation est déconseillée.

Note 2 à l'article: Une valeur conventionnelle est quelquefois une estimation d’une valeur vraie.

Note 3 à l'article: Une valeur conventionnelle est généralement considérée comme associée à une incertitude de

mesure convenablement petite, qui peut être nulle.

Note 4 à l'article: Dans l’ISO 20785, la valeur conventionnelle est la meilleure estimation de la valeur de la grandeur

à mesurer, déterminée par un étalon primaire ou par un étalon secondaire traçable à un étalon primaire.

3.1.8
facteur de correction

facteur appliqué à une indication en vue de corriger l’écart existant entre les conditions de mesure et

les conditions de référence

Note 1 à l'article: Si la correction de l’effet de l’écart d’une grandeur d’influence exige un facteur, la grandeur

d’influence est de type F.
3.1.9
terme de correction

terme appliqué à une indication en vue de corriger l’indication nulle ou l’écart existant entre les

conditions de mesure et les conditions de référence

Note 1 à l'article: Si la correction de l’effet de l’écart d’une grandeur d’influence exige un terme, la grandeur

d’influence est de type S.
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3.1.10
indication
valeur fournie par un instrument de mesure ou un système de mesure

Note 1 à l'article: Une indication peut être présentée sous forme visuelle ou acoustique, ou peut être transférée

à un autre dispositif. Elle est souvent donnée par la position d’un pointeur sur un affichage pour les sorties

analogiques, par un nombre affiché ou imprimé pour les sorties numériques, par une configuration codée pour

les sorties codées, ou par la valeur assignée pour les mesures matérialisées.

Note 2 à l'article: Une indication et la valeur de la quantité mesurée correspondante ne sont pas nécessairement

des valeurs de grandeurs de même nature.
3.1.11
grandeur d’influence

grandeur qui, lors d’un mesurage direct, n’a pas d’effet sur la grandeur effectivement mesurée, mais a

un effet sur la relation entre l’indication et le résultat de mesure

Note 1 à l'article: Un mesurage indirect implique une combinaison de mesurages directs, sur chacun desquels des

grandeurs d’influence peuvent avoir un effet.

Note 2 à l'article: Dans le Guide ISO/IEC 98-3:2008, le concept «grandeur d’influence» est défini comme dans le

Guide ISO/IEC 99:2007, de façon à comprendre non seulement les grandeurs qui ont un effet sur le système de

mesure, comme dans la définition ci-dessus, mais aussi celles qui ont un effet sur les grandeurs effectivement

mesurées. En outre, dans le Guide ISO/IEC 98-3, ce concept n’est pas limité aux mesurages directs.

Note 3 à l'article: La correction de l’effet de la grandeur d’influence peut exiger un facteur de correction (pour

une grandeur d’influence de type F) et/ou un terme de correction (pour une grandeur d’influence de type S) à

appliquer à l’indication de l’ensemble de détecteur, par exemple dans le cas de perturbations microphoniques ou

électromagnétiques.

EXEMPLE L’indication donnée par une chambre d’ionisation non scellée est influencée par la température

et la pression de l’atmosphère environnante. Bien qu’elles soient requises pour déterminer la valeur de la dose, le

mesurage de ces deux grandeurs n’est pas l’objectif principal.
3.1.12
constante de l’instrument

valeur par laquelle l’indication de l’instrument, G (ou, en cas de corrections ou de normalisation, G )

corr

est multipliée pour obtenir la valeur du mesurande ou d’une grandeur à utiliser pour calculer la valeur

du mesurande

Note 1 à l'article: Si l’indication de l’instrument est déjà exprimée dans les mêmes unités que le mesurande, comme

c’est le cas des dosimètres de zone, par exemple, la constante de l’instrument, c , n’a pas de dimension. Dans de

tels cas, le facteur d’étalonnage et le coefficient d’étalonnage peuvent être identiques. Sinon, si l’indication de

l’instrument doit être convertie dans les mêmes unités que le mesurande, la constante de l’instrument a une

dimension.
3.1.13
mesurande
grandeur que l’on veut mesurer
3.1.14
point de mesure

point du champ de rayonnement auquel la valeur conventionnelle d’une grandeur est connue

Note 1 à l'article: Le point de référence d’un ensemble de détecteur est placé au point de mesure à des fins

d’étalonnage ou pour la détermination de la réponse.
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ISO 20785-2:2011(F)
3.1.15
étalon primaire

étalon établi à l’aide d’un mode opératoire de mesure primaire ou créé comme objet choisi par

convention

Note 1 à l'article: Un étalon primaire présente les plus hautes qualités métrologiques dans un domaine spécifié

de métrologie.
3.1.16
valeur d’une grandeur

ensemble d’un nombre et d’une référence constituant l’expression quantitative d’une grandeur

Note 1 à l'article: La valeur d’une grandeur est le produit soit d’un nombre et d’une unité de mesure (l’unité «un»

n’est généralement pas indiquée pour les grandeurs de dimension «un»), soit d’un nombre et d’une référence à un

mode opératoire de mesure.
3.1.17
conditions de référence

conditions d’utilisation prescrites pour contrôler les performances d’un ensemble de détecteur ou pour

comparer les résultats des mesurages

Note 1 à l'article: Les conditions de référence représentent les valeurs de l’ensemble de grandeurs d’influence

pour lesquelles le résultat d’étalonnage est valide sans aucune correction.

Note 2 à l'article: La valeur du mesurande peut être choisie librement en accord avec les propriétés de l’ensemble

de détecteur à étalonner. La grandeur à mesurer n’est pas une grandeur d’influence mais peut influer sur le

résultat d’étalonnage et la réponse (voir aussi NOTE 1).
3.1.18
direction de référence

direction, dans le système des coordonnées de l’ensemble de détecteur, par rapport à laquelle l’angle de

la direction d’incidence du rayonnement est mesuré dans des champs de référence

Note 1 à l'article: À l’angle d’incidence de 0°, la direction de référence de l’ensemble de détecteur est parallèle à la

direction d’incidence du rayonnement. À l’angle de 180°, la direction de référence de l’ensemble de détecteur est

antiparallèle à la direction d’incidence du rayonnement.
3.1.19
orientation de référence

orientation de l’ensemble de détecteur selon laquelle la direction du rayonnement incident coïncide

avec la direction de référence de l’ensemble de détecteur
3.1.20
point de référence

point de l’instrument qui est placé au point de mesure à des fins d’étalonnage et d’essai

Note 1 à l'article: La distance de mesure est donnée par la distance entre la source de rayonnement et le point de

référence de l’ensemble de détecteur.
3.1.21
réponse

quotient de l’indication, G, ou de l’indication corrigée, G , et de la valeur conventionnelle d’une

corr
grandeur à mesurer
Note 1 à l'artic
...

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