Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting radionuclides — Generic test method using gamma-ray spectrometry

This document describes the methods for determining the activity in becquerel (Bq) of gamma‑ray emitting radionuclides in test samples by gamma-ray spectrometry. The measurements are carried out in a testing laboratory following proper sample preparation. The test samples can be solid, liquid or gaseous. Applications include: — routine surveillance of radioactivity released from nuclear installations or from sites discharging enhanced levels of naturally occurring radioactive materials; — contributing to determining the evolution of radioactivity in the environment; — investigating accident and incident situations, in order to plan remedial actions and monitor their effectiveness; — assessment of potentially contaminated waste materials from nuclear decommissioning activities; — surveillance of radioactive contamination in media such as soils, foodstuffs, potable water, groundwaters, seawater or sewage sludge; — measurements for estimating the intake (inhalation, ingestion or injection) of activity of gamma-ray emitting radionuclides in the body. It is assumed that the user of this document has been given information on the composition of the test sample or the site. In some cases, the radionuclides for analysis have also been specified if characteristic limits are needed. It is also assumed that the test sample has been homogenised and is representative of the material under test. General guidance is included for preparing the samples for measurement. However, some types of sample are to be prepared following the requirements of specific standards referred to in this document. The generic recommendations can also be useful for the measurement of gamma-ray emitters in situ. This document includes generic advice on equipment selection (see Annex A), detectors (more detailed information is included in Annex D), and commissioning of instrumentation and method validation. Annex F summarises the influence of different measurement parameters on results for a typical gamma-ray spectrometry system. Quality control and routine maintenance are also covered, but electrical testing of the detector and pulse processing electronics is excluded. It is assumed that any data collection and analysis software used has been written and tested in accordance with relevant software standards such as ISO/IEC/IEEE 12207. Calibration using reference sources and/or numerical methods is covered, including verification of the results. It also covers the procedure to estimate the activity content of the sample (Bq) from the spectrum. The principles set out in this document are applicable to measurements by gamma-ray spectrometry in testing laboratories and in situ. However, the detailed requirements for in situ measurement are given in ISO 18589-7 and are outside the scope of this document. This document covers, but is not restricted to, gamma-ray emitters which emit photons in the energy range of 5 keV to 3 000 keV. However, most of the measurements fall into the range 40 keV to 2 000 keV. The activity (Bq) ranges from the low levels (sub-Bq) found in environmental samples to activities found in accident conditions and high level radioactive wastes.

Mesurage de la radioactivité — Radionucléides émetteurs gamma — Méthode d’essai générique par spectrométrie gamma

Le présent document décrit les méthodes permettant de déterminer l'activité, exprimée en becquerel (Bq), des radionucléides émetteurs gamma dans des échantillons pour essai, par spectrométrie gamma. Les mesurages sont réalisés dans un laboratoire d'essai après une préparation appropriée des échantillons. Les échantillons pour essai peuvent se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse. Les applications comprennent: — la surveillance en routine de la radioactivité émise par les installations nucléaires ou des sites rejetant des niveaux accrus de matières radioactives naturellement présentes; — la contribution à la détermination de l'évolution de la radioactivité dans l'environnement; — l'investigation en situations d'accident et d'incident, afin de planifier des actions correctives et de surveiller leur efficacité; — l'évaluation des déchets potentiellement contaminés issus des activités de déclassement nucléaire; — la surveillance de la contamination radioactive dans les milieux tels que les sols, les denrées alimentaires, l'eau, les eaux souterraines, l'eau de mer ou les boues résiduaires; — les mesurages destinés à estimer l'absorption (inhalation, ingestion ou injection) de l'activité des radionucléides émetteurs gamma par le corps. Les utilisateurs du présent document sont présumés avoir été informés de la composition de l'échantillon pour essai ou du site. Dans certains cas, les radionucléides à analyser ont également été spécifiés si des limites caractéristiques sont nécessaires. L'hypothèse est également faite que l'échantillon pour essai a été homogénéisé et est représentatif de la matière soumise à essai. Des recommandations générales sont fournies pour la préparation des échantillons en vue d'un mesurage. Cependant, certains types d'échantillons doivent être préparés conformément aux exigences de normes spécifiques citées en référence dans le présent document. Les recommandations génériques peuvent également s'avérer utiles pour le mesurage d'émetteurs gamma in situ. Le présent document fournit des conseils génériques sur le choix des équipements (voir l'Annexe A), les détecteurs (l'Annexe D donne des informations plus détaillées), la mise en service de l'instrumentation et la validation de la méthode. L'Annexe F résume l'influence des différents paramètres de mesure sur les résultats pour un système type de spectrométrie gamma. Le contrôle de la qualité et la maintenance de routine sont également traités, mais les essais électriques du détecteur et de l'électronique de traitement des impulsions ne sont pas couverts. Tout logiciel utilisé pour la collecte et l'analyse des données est supposé avoir été écrit et contrôlé conformément aux normes pertinentes sur les logiciels, telles que l'ISO/IEC/IEEE 12207. L'étalonnage à l'aide de sources de référence et/ou par des méthodes numériques est traité, incluant la vérification des résultats. Le présent document détaille également le mode opératoire permettant d'estimer, à partir du spectre, la valeur de l'activité de l'échantillon (Bq). Les principes énoncés dans le présent document sont applicables aux mesurages par spectrométrie gamma en laboratoire d'essai et in situ. Cependant, les exigences détaillées relatives au mesurage in situ sont spécifiées dans l'ISO 18589-7 et n'entrent pas dans le domaine d'application du présent document. Le présent document couvre, mais sans s'y limiter, les émetteurs gamma qui émettent des photons dans la plage d'énergies de 5 keV à 3 000 keV. Cependant, la plupart des mesurages sont compris entre 40 keV et 2 000 keV. L'activité (Bq) varie des niveaux faibles (sub-Bq), détectés dans les échantillons environnementaux, jusqu'aux niveaux retrouvés en conditions d'accident et dans les déchets de haute activité.

General Information

Status
Published
Publication Date
03-Jun-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Due Date
15-Jun-2018
Completion Date
04-Jun-2019
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Standard
ISO 20042:2019 - Measurement of radioactivity -- Gamma-ray emitting radionuclides -- Generic test method using gamma-ray spectrometry
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ISO 20042:2019 - Mesurage de la radioactivité -- Radionucléides émetteurs gamma -- Méthode d’essai générique par spectrométrie gamma
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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20042
First edition
2019-06
Measurement of radioactivity —
Gamma-ray emitting radionuclides —
Generic test method using gamma-ray
spectrometry
Mesurage de la radioactivité — Radionucléides émetteurs de
rayons gamma — Méthode d’essai générique par spectrométrie à
rayons gamma
Reference number
ISO 20042:2019(E)
©
ISO 2019

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ISO 20042:2019(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO 20042:2019(E)

Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and units . 5
5 Principle . 6
5.1 General . 6
5.2 Summing method . 6
5.3 Fitting method . 7
6 Validating measurements by gamma-ray spectrometry . 7
6.1 General . 7
6.2 Step 1: customer requirements . 8
6.3 Step 2: technical requirements . 8
6.4 Step 3: detailed design .10
6.5 Step 4: installation .10
6.6 Step 5: validation studies .10
6.7 Step 6: robustness .11
6.8 Step 7: operation and maintenance .11
7 Nuclear decay data .11
7.1 Recommended nuclear decay data .11
7.2 Selection of gamma-ray photopeaks for inclusion in spectrum analysis libraries .12
7.3 Decay chains .12
8 Detector energy and efficiency calibration .13
8.1 Energy calibration .13
8.2 Efficiency calibration .13
8.3 Source(s) for energy calibration .14
8.4 Reference source(s) for efficiency calibration .15
8.4.1 General.15
8.4.2 Reference sources for laboratory systems .15
8.4.3 Reference sources used with numerical methods .15
9 Sample container .15
10 Procedure.16
10.1 Sample measuring procedure .16
10.1.1 Sampling.16
10.1.2 Sample preparation .16
10.1.3 Loading the sample container .18
10.1.4 Recording the sample spectrum .18
10.2 Analysis of the spectrum .18
10.2.1 Procedure for laboratory-based measuring systems .18
10.2.2 Background corrections .19
11 Expression of results .20
3
11.1 Calculation of activity and activity per kg (or m ) of sample .20
11.2 Determination of the characteristic limits .21
12 Test report .21
Annex A (informative) Quality assurance and quality control program .22
Annex B (informative) Corrections to the analysis process .24
Annex C (informative) Uncertainty budget .29
© ISO 2019 – All rights reserved iii

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ISO 20042:2019(E)

Annex D (informative) Detector types .32
137
Annex E (informative) Example: Calculation of Cs activity content and characteristic
limits in an aqueous sample .35
Annex F (informative) Example: Simulating correction factors for sample positioning,
geometry, matrix, density and true summing .40
Bibliography .49
iv © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20042:2019(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies,
and radiological protection, SC 2, Radiological protection.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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ISO 20042:2019(E)

Introduction
Everyone is exposed to natural radiation. The natural sources of radiation are cosmic rays and
naturally occurring radioactive substances which exist in the earth and flora and fauna, including the
human body. Human activities involving the use of radiation and radioactive substances add to the
radiation exposure from this natural exposure. Some of those activities, such as the mining and use
of ores containing naturally-occurring radioactive materials (NORM) and the production of energy
by burning coal that contains such substances, simply enhance the exposure from natural radiation
sources. Nuclear power plants and other nuclear installations use radioactive materials and produce
radioactive effluent and waste during operation and decommissioning. The use of radioactive materials
in industry, agriculture, medicine and research is expanding around the globe.
All these human activities give rise to radiation exposures that are only a small fraction of the global
average level of natural exposure. The medical use of radiation is the largest and a growing man-made
source of radiation exposure in developed countries. It includes diagnostic radiology, radiotherapy,
nuclear medicine and interventional radiology.
Radiation exposure also occurs as a result of occupational activities. It is incurred by workers in
industry, medicine and research using radiation or radioactive substances, as well as by passengers and
crew during air travel. The average level of occupational exposures is generally similar to the global
average level of natural radiation exposure (see Reference [1]).
As uses of radiation increase, so do the potential health risk and the public's concerns. Thus, all these
exposures are regularly assessed in order to,
a) improve the understanding of global levels and temporal trends of public and worker exposure,
b) evaluate the components of exposure so as to provide a measure of their relative importance, and
c) identify emerging issues that may warrant more attention and study.
While doses to workers are mostly measured directly, doses to the public are usually assessed indirectly
using the results of radioactivity measurements of waste, effluent and/or environmental samples.
To ensure that the data obtained from radioactivity monitoring programs support their intended use, it
is essential that the stakeholders (for example nuclear site operators, regulatory and local authorities)
agree on appropriate methods and procedures for obtaining representative samples and for handling,
storing, preparing and measuring the test samples. An assessment of the overall measurement
uncertainty also needs to be carried out systematically. As reliable, comparable and ‘fit for purpose’
data are an essential requirement for any public health decision based on radioactivity measurements,
international standards of tested and validated radionuclide test methods are an important tool for
the production of such measurement results. The application of standards serves also to guarantee
comparability of the test results over time and between different testing laboratories. Laboratories
apply them to demonstrate their technical competences and to complete proficiency tests successfully
during interlaboratory comparisons, two prerequisites for obtaining national accreditation.
Today, over a hundred International Standards are available to testing laboratories for measuring
radionuclides in different matrices.
Generic standards help testing laboratories to manage the measurement process by setting out the
general requirements and methods to calibrate equipment and validate techniques. These standards
underpin specific standards which describe the test methods to be performed by staff, for example, for
different types of sample. The specific standards cover test methods for
40 3 14
— naturally-occurring radionuclides (including K, H, C and those originating from the thorium
226 228 234 238 210
and uranium decay series, in particular Ra, Ra, U, U and Pb) which can be found in
materials from natural sources or can be released from technological processes involving naturally
occurring radioactive materials (e.g. the mining and processing of mineral sands or phosphate
fertilizer production and use), and
vi © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20042:2019(E)

— human-made radionuclides, such as transuranium elements (americium, plutonium, neptunium,
3 14 90
and curium), H, C, Sr and gamma-ray emitting radionuclides found in waste, liquid and gaseous
effluent, in environmental matrices (water, air, soil and biota), in food and in animal feed as a result
of authorized releases into the environment, fallout from the explosion in the atmosphere of nuclear
devices and fallout from accidents, such as those that occurred in Chernobyl and Fukushima.
The fraction of the background dose rate to man from environmental radiation, mainly gamma
radiation, is very variable and depends on factors such as the radioactivity of the local rock and soil, the
nature of building materials and the construction of buildings in which people live and work.
A reliable determination of the activity concentration of gamma-ray emitting radionuclides in various
matrices is necessary to assess the potential human exposure, to verify compliance with radiation
protection and environmental protection regulations or to provide guidance on reducing health risks.
Gamma-ray emitting radionuclides are also used as tracers in biology, medicine, physics, chemistry, and
engineering. Accurate measurement of the activities of the radionuclides is also needed for homeland
security and in connection with the Non-Proliferation Treaty (NPT).
This document describes the generic requirements to quantify the activity of gamma-ray-emitting
radionuclides in samples after proper sampling, sample handling and test sample preparation in a
testing laboratory or in situ.
This document is to be used in the context of a quality assurance management system (ISO/IEC 17025).
It forms the basis for measurement tasks using gamma-ray spectrometry, such as those set out in
ISO 18589-3, ISO 18589-7, ISO 10703, ISO 13164-2 and ISO 13165-3.
This document is one of a set of generic International Standards on measurement of radioactivity such
as ISO 19361.
© ISO 2019 – All rights reserved vii

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20042:2019(E)
Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting
radionuclides — Generic test method using gamma-ray
spectrometry
1 Scope
This document describes the methods for determining the activity in becquerel (Bq) of gamma-ray
emitting radionuclides in test samples by gamma-ray spectrometry. The measurements are carried out
in a testing laboratory following proper sample preparation. The test samples can be solid, liquid or
gaseous. Applications include:
— routine surveillance of radioactivity released from nuclear installations or from sites discharging
enhanced levels of naturally occurring radioactive materials;
— contributing to determining the evolution of radioactivity in the environment;
— investigating accident and incident situations, in order to plan remedial actions and monitor their
effectiveness;
— assessment of potentially contaminated waste materials from nuclear decommissioning activities;
— surveillance of radioactive contamination in media such as soils, foodstuffs, potable water,
groundwaters, seawater or sewage sludge;
— measurements for estimating the intake (inhalation, ingestion or injection) of activity of gamma-
ray emitting radionuclides in the body.
It is assumed that the user of this document has been given information on the composition of the test
sample or the site. In some cases, the radionuclides for analysis have also been specified if characteristic
limits are needed. It is also assumed that the test sample has been homogenised and is representative of
the material under test.
General guidance is included for preparing the samples for measurement. However, some types of sample
are to be prepared following the requirements of specific standards referred to in this document. The
generic recommendations can also be useful for the measurement of gamma-ray emitters in situ.
This document includes generic advice on equipment selection (see Annex A), detectors (more detailed
information is included in Annex D), and commissioning of instrumentation and method validation.
Annex F summarises the influence of different measurement parameters on results for a typical
gamma-ray spectrometry system. Quality control and routine maintenance are also covered, but
electrical testing of the detector and pulse processing electronics is excluded. It is assumed that any
data collection and analysis software used has been written and tested in accordance with relevant
software standards such as ISO/IEC/IEEE 12207.
Calibration using reference sources and/or numerical methods is covered, including verification of
the results. It also covers the procedure to estimate the activity content of the sample (Bq) from the
spectrum.
The principles set out in this document are applicable to measurements by gamma-ray spectrometry in
testing laboratories and in situ. However, the detailed requirements for in situ measurement are given
in ISO 18589-7 and are outside the scope of this document.
This document covers, but is not restricted to, gamma-ray emitters which emit photons in the energy
range of 5 keV to 3 000 keV. However, most of the measurements fall into the range 40 keV to 2 000 keV.
The activity (Bq) ranges from the low levels (sub-Bq) found in environmental samples to activities
found in accident conditions and high level radioactive wastes.
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ISO 20042:2019(E)

2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 542, Oilseeds — Sampling
ISO 707, Milk and milk products — Guidance on sampling
ISO 5500, Oilseed residues — Sampling
ISO 5538, Milk and milk products — Sampling — Inspection by attributes
ISO 5667-1, Water quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes and
sampling techniques
ISO 5667-10, Water quality — Sampling — Part 10: Guidance on sampling of waste waters
ISO 10703, Water quality — Determination of the activity concentration of radionuclides — Method by
high resolution gamma-ray spectrometry
ISO 11929, Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of the
confidence interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application
ISO 17604, Microbiology of the food chain — Carcass sampling for microbiological analysis
ISO 18400-101, Soil quality — Sampling — Part 101: Framework for the preparation and application of a
sampling plan
ISO 18400-102, Soil quality — Sampling — Part 102: Selection and application of sampling techniques
ISO 18400-103, Soil quality — Sampling — Part 103: Safety
ISO 18400-104, Soil quality — Sampling — Part 104: Strategies
ISO 18400-107, Soil quality — Sampling — Part 107: Recording and reporting
ISO 18400-202, Soil quality — Sampling — Part 202: Preliminary investigations
ISO 18400-203, Soil quality — Sampling — Part 203: Investigation of potentially contaminated sites
ISO 18400-204, Soil quality — Sampling — Part 204: Guidance on sampling of soil gas
ISO 18400-205, Soil quality — Sampling — Part 205: Guidance on the procedure for investigation of
natural, near-natural and cultivated sites
ISO 18589-2, Measurement of radioactivity in the environment — Soil — Part 2: Guidance for the selection
of the sampling strategy, sampling and pre-treatment of samples
ISO 18589-7, Measurement of radioactivity in the environment — Soil — Part 7: In situ measurement of
gamma-emitting radionuclides
ISO 24333, Cereals and cereal products — Sampling
ISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM: 1995)
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20042:2019(E)

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
background continuum
events in the spectrum that form a smooth curve onto which the photopeaks are superimposed
Note 1 to entry: The continuum may arise from gamma-rays scattered inside the test sample or any surrounding
materials, from cosmic radiation or from radionuclides in the surrounding materials.
3.2
blank sample
sample of a similar material to the test sample but containing radioactive impurities negligible in
comparison with the test sample
3.3
calcination
thermal treatment of the powder in order to remove volatile impurities or to change the density or
specific surface area of the powder
[SOURCE: ISO 13779-6:2015, 3.4]
Note 1 to entry: Calcination is commonly used for samples such as soil.
3.4
comminution
operation of reducing particle size by crushing, grinding or pulverisation
3.5
dead time
time during spectrum acquisition (real time) during which pulses are not recorded or processed
Note 1 to entry: Dead time is given by real time minus live time.
Note 2 to entry: The time is given in seconds.
3.6
decision threshold
value of the estimator of the measurand, which when exceeded by the result of an actual measurement
using a given measurement procedure of a measurand quantifying a physical effect, one decides that
the physical effect is present
[SOURCE: ISO 11929:2010, 3.6]
3.7
detection efficiency
probability that a gamma-ray emitted at a particular energy (keV) in the decay of a radionuclide in a
test sample is detected in the photopeak corresponding to that energy
3.8
detection limit
smallest true value of the measurand which ensures a specified probability of being detectable by the
measurement procedure
[SOURCE: ISO 11929:2010, 3.7]
© ISO 2019 – All rights reserved 3

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ISO 20042:2019(E)

3.9
fractionation
separation of a product into several fractions by an appropriate technique such as distillation or
crystallization
[SOURCE: ISO 1998-4:1998, 4.20.300]
3.10
full width half maximum
FWHM
width of a gamma-ray photopeak at half the maximum of the photopeak distribution
Note 1 to entry: The width is given in kiloelectronvolts.
3.11
in situ
use of a portable gamma-ray spectrometer for the direct measurement (e.g. in the environment and
buildings) for determination of activity such as per unit of surface area or per mass unit of gamma-
emitting radionuclides present in or deposited on the soil surface or content of large items such as
waste drums
3.12
live time
time during which pulses are processed during an acquisition (real) time
Note 1 to entry: The time is given in seconds.
3.13
net photopeak area
area (number of counts) observed in the photopeak
3.14
pathlength
distance a photon travels through matter
3.15
peak-to-Compton ratio
60
ratio of the number of counts in the biggest channel of the 1 332,5 keV Co peak to the average number
of counts in the channels representing the range from 1 040 through 1 096 keV
[SOURCE: 325-1996-IEEE Standard Test Procedures for Germanium Gamma-Ray Detectors]
3.16
percolation
separation technique to enrich selective ions of one element (e.g. by ion exchange or precipitation)
3.17
photopeak
peak observed above the background continuum in a gamma-ray spectrum due to events that deposit
th
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20042
Première édition
2019-06
Mesurage de la radioactivité —
Radionucléides émetteurs gamma
— Méthode d’essai générique par
spectrométrie gamma
Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting radionuclides
— Generic test method using gamma-ray spectrometry
Numéro de référence
ISO 20042:2019(F)
©
ISO 2019

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ISO 20042:2019(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Publié en Suisse
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ISO 20042:2019(F)

Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 3
4 Symboles et unités . 5
5 Principe . 6
5.1 Généralités . 6
5.2 Méthode de sommation . 7
5.3 Méthode d’ajustement . 8
6 Validation des mesurages par spectrométrie gamma . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Étape 1: exigences du client . 8
6.3 Étape 2: exigences techniques . 9
6.4 Étape 3: conception détaillée .10
6.5 Étape 4: installation .10
6.6 Étape 5: études de validation .11
6.7 Étape 6: robustesse .11
6.8 Étape 7: exploitation et maintenance .11
7 Données relatives à la décroissance nucléaire .12
7.1 Données recommandées pour la décroissance nucléaire .12
7.2 Sélection de pics d’absorption totale gamma supplémentaires ajoutés dans des
bibliothèques d’analyse spectrale .12
7.3 Chaînes de décroissance .13
8 Étalonnage en énergie et étalonnage du rendement de détection .14
8.1 Étalonnage en énergie .14
8.2 Étalonnage du rendement de détection .14
8.3 Source(s) utilisée(s) pour l’étalonnage en énergie .16
8.4 Source(s) de référence pour l’étalonnage en énergie .16
8.4.1 Généralités .16
8.4.2 Sources de référence pour les systèmes de laboratoire .16
8.4.3 Sources de référence utilisées avec des méthodes numériques .17
9 Conteneurs d’échantillons pour essai .17
10 Mode opératoire.17
10.1 Mode opératoire de mesure des échantillons .17
10.1.1 Échantillonnage .17
10.1.2 Préparation des échantillons .18
10.1.3 Chargement du conteneur d’échantillons pour essais .19
10.1.4 Enregistrement du spectre de l’échantillon .20
10.2 Analyse du spectre .20
10.2.1 Mode opératoire pour les systèmes de mesure en laboratoire .20
10.2.2 Corrections du bruit de fond .21
11 Expression des résultats.22
3
11.1 Calcul de l’activité et de l’activité par kg (ou m ) d’échantillon .22
11.2 Détermination des limites caractéristiques .23
12 Rapport d’essai .23
Annexe A (informative) Programme d’assurance qualité et de contrôle qualité .24
Annexe B (informative) Corrections du processus d’analyse.27
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ISO 20042:2019(F)

Annexe C (informative) Évaluation des incertitudes .32
Annexe D (informative) Types de détecteur .35
137
Annexe E (informative) Exemple: calcul de la teneur en radioactivité du Cs et des limites
caractéristiques dans un échantillon aqueux .38
Annexe F (informative) Exemple: simulation de facteur de correction pour le
positionnement, la géométrie, la matrice, la densité et la sommation des
coïncidences réelles des échantillons .43
Bibliographie .53
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés

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ISO 20042:2019(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO 20042:2019(F)

Introduction
Tout individu est exposé à des rayonnements naturels. Les sources naturelles de rayonnement sont les
rayons cosmiques et les substances radioactives naturellement présentes dans la terre, la flore et la
faune, y compris le corps humain. Les activités anthropiques impliquant l’utilisation de rayonnements et
de substances radioactives sont une source supplémentaire d’exposition aux rayonnements, qui s’ajoute
à cette exposition naturelle. Certaines de ces activités, dont l’exploitation minière et l’utilisation de
minerais contenant des matières radioactives naturellement présentes ainsi que la production d’énergie
par combustion de charbon contenant ces substances, ne font qu’augmenter l’exposition des sources
naturelles de rayonnement. Les centrales électriques nucléaires et autres installations nucléaires
emploient des matières radioactives et génèrent des effluents et des déchets radioactifs dans le cadre
de leur exploitation et de leur déclassement. L’utilisation de matières radioactives dans les secteurs de
l’industrie, de l’agriculture, de la médecine et de la recherche connaît un essor mondial.
En outre, toutes ces activités anthropiques provoquent des expositions aux rayonnements qui ne
représentent qu’une petite fraction du niveau moyen mondial d’exposition naturelle. Dans les pays
développés, l’utilisation des rayonnements à des fins médicales représente la plus importante source
anthropique d’exposition aux rayonnements et qui, de plus, ne cesse d’augmenter. Ces applications
médicales englobent la radiologie diagnostique, la radiothérapie, la médecine nucléaire et la radiologie
interventionnelle.
L’exposition aux rayonnements découle également d’activités professionnelles. Elle est subie par les
employés des secteurs de l’industrie, de la médecine et de la recherche qui utilisent des rayonnements
ou des substances radioactives, ainsi que par les passagers et le personnel navigant pendant les voyages
aériens. Le niveau moyen des expositions professionnelles est généralement similaire au niveau moyen
mondial des expositions naturelles aux rayonnements (voir la Référence [1]).
Du fait de l’utilisation croissante des rayonnements, le risque potentiel pour la santé et les
préoccupations du public augmentent. Par conséquent, toutes ces expositions font l’objet d’évaluations
régulières afin:
a) d’améliorer la compréhension des niveaux mondiaux et des tendances temporelles de l’exposition
du public et des travailleurs;
b) d’évaluer les composantes de l’exposition de manière à fournir un mesurage de leur importance
relative; et
c) d’identifier les problèmes émergents qui peuvent nécessiter une attention plus soutenue et une
étude complémentaire.
Alors que les doses reçues par les travailleurs sont le plus souvent mesurées directement, celles reçues
par le public sont habituellement évaluées indirectement en exploitant les résultats des mesurages de
radioactivité réalisés sur des déchets, des effluents et/ou des échantillons environnementaux.
Pour s’assurer que les données issues des programmes de surveillance de la radioactivité sont
conformes à l’usage prévu, il est essentiel que les parties intéressées (par exemple les exploitants de
sites nucléaires, les organismes en charge de la réglementation et les autorités locales) s’accordent sur
les méthodes et les modes opératoires appropriés pour l’obtention d’échantillons représentatifs et pour
la manipulation, le stockage, la préparation et le mesurage des échantillons pour essai. Il est également
nécessaire d’effectuer une évaluation systématique de l’incertitude de mesure globale. Pour toute
décision en matière de santé publique s’appuyant sur des mesurages de la radioactivité, il est capital
que les données soient fiables, comparables et adéquates par rapport à l’objectif de l’évaluation. C’est la
raison pour laquelle les Normes internationales spécifiant des méthodes d’essai des radionucléides qui
ont été vérifiées par des essais et validées sont un outil important dans l’obtention de tels résultats de
mesure. L’application de normes permet également de garantir la comparabilité des résultats d’essai
dans le temps et entre laboratoires d’essai. Les laboratoires les appliquent pour démontrer leurs
compétences techniques et pour réussir les essais d’aptitude lors d’une comparaison interlaboratoires,
deux conditions préalables à l’obtention d’une accréditation nationale.
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ISO 20042:2019(F)

À ce jour, les laboratoires d’essai disposent de plus d’une centaine de Normes internationales pour
mesurer les radionucléides dans différentes matrices.
Les normes génériques aident les laboratoires d’essai à gérer le processus de mesure en spécifiant
les exigences générales et les méthodes permettant d’étalonner les équipements et de valider les
techniques. Ces normes servent de base à des normes spécifiques qui décrivent les méthodes d’essai
à suivre par le personnel, par exemple pour différents types d’échantillon. Les normes spécifiques
couvrent les méthodes d’essai relatives
40 3 14
— aux radionucléides naturellement présents (notamment le K, le H, le C et ceux issus de la chaîne
226 228 234 238
de désintégration du thorium et de l’uranium, en particulier le Ra, le Ra, le U, le U et le
210
Pb), qui peuvent être présents dans des matériaux provenant de sources naturelles ou qui peuvent
être rejetés par des procédés technologiques impliquant des matières radioactives naturellement
présentes (par exemple l’extraction et le traitement de sables minéralisés ou la production et
l’utilisation d’engrais phosphatés), et
— aux radionucléides anthropiques, tels que les éléments transuraniens (américium, plutonium,
3 14 90
neptunium, curium), le H, le C, le Sr et les radionucléides émetteurs gamma retrouvés dans
les déchets, les effluents liquides et gazeux, les matrices environnementales (eau, air, sol et biote),
les aliments et la nourriture des animaux à la suite de rejets autorisés dans l’environnement, les
retombées radioactives engendrées par l’explosion dans l’atmosphère de dispositifs nucléaires et
des accidents tels que ceux qui se sont produits à Tchernobyl et à Fukushima.
La fraction du débit de dose d’exposition au bruit de fond naturel, principalement due aux rayonnements
gamma, qu’une personne reçoit est très variable et dépend de plusieurs facteurs tels que la radioactivité
de la roche locale et du sol local, la nature des matériaux de construction et la construction des
bâtiments dans lesquels les personnes vivent ou travaillent.
Il est nécessaire de déterminer de façon fiable l’activité volumique des radionucléides émetteurs
gamma dans diverses matrices afin d’évaluer l’exposition humaine potentielle, de vérifier la conformité
aux réglementations en matière de radioprotection et de protection environnementale, ou de fournir
des recommandations pour réduire les risques sanitaires. Les radionucléides émetteurs gamma sont
également utilisés en tant que traceurs dans les secteurs de la biologie, de la médecine, de la physique,
de la chimie et de l’ingénierie. Un mesurage précis des activités des radionucléides est également
nécessaire pour la sûreté nationale et dans le cadre du Traité de non-prolifération (TNP).
Le présent document décrit les exigences génériques applicables pour quantifier l’activité des
radionucléides émetteurs gamma dans des échantillons pour essai après un prélèvement, une
manipulation et une préparation adaptés réalisés dans un laboratoire ou in situ.
Le présent document doit être utilisé dans le contexte d’un système de management de l’assurance
qualité (ISO/IEC 17025). Il constitue la base des tâches de mesure utilisant la spectrométrie gamma,
telles que celles décrites dans l’ISO 18589-3, l’ISO 18589-7, l’ISO 10703, l’ISO 13164-2 et l’ISO 13165-3.
Le présent document fait partie d’un ensemble de Normes internationales génériques traitant du
mesurage de la radioactivité, telles que l’ISO 19361.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20042:2019(F)
Mesurage de la radioactivité — Radionucléides
émetteurs gamma — Méthode d’essai générique par
spectrométrie gamma
1 Domaine d’application
Le présent document décrit les méthodes permettant de déterminer l’activité, exprimée en
becquerel (Bq), des radionucléides émetteurs gamma dans des échantillons pour essai, par
spectrométrie gamma. Les mesurages sont réalisés dans un laboratoire d’essai après une préparation
appropriée des échantillons. Les échantillons pour essai peuvent se présenter sous forme solide, liquide
ou gazeuse. Les applications comprennent:
— la surveillance en routine de la radioactivité émise par les installations nucléaires ou des sites
rejetant des niveaux accrus de matières radioactives naturellement présentes;
— la contribution à la détermination de l’évolution de la radioactivité dans l’environnement;
— l’investigation en situations d’accident et d’incident, afin de planifier des actions correctives et de
surveiller leur efficacité;
— l’évaluation des déchets potentiellement contaminés issus des activités de déclassement nucléaire;
— la surveillance de la contamination radioactive dans les milieux tels que les sols, les denrées
alimentaires, l’eau, les eaux souterraines, l’eau de mer ou les boues résiduaires;
— les mesurages destinés à estimer l’absorption (inhalation, ingestion ou injection) de l’activité des
radionucléides émetteurs gamma par le corps.
Les utilisateurs du présent document sont présumés avoir été informés de la composition de l’échantillon
pour essai ou du site. Dans certains cas, les radionucléides à analyser ont également été spécifiés si des
limites caractéristiques sont nécessaires. L’hypothèse est également faite que l’échantillon pour essai a
été homogénéisé et est représentatif de la matière soumise à essai.
Des recommandations générales sont fournies pour la préparation des échantillons en vue d’un
mesurage. Cependant, certains types d’échantillons doivent être préparés conformément aux exigences
de normes spécifiques citées en référence dans le présent document. Les recommandations génériques
peuvent également s’avérer utiles pour le mesurage d’émetteurs gamma in situ.
Le présent document fournit des conseils génériques sur le choix des équipements (voir l’Annexe A), les
détecteurs (l’Annexe D donne des informations plus détaillées), la mise en service de l’instrumentation
et la validation de la méthode. L’Annexe F résume l’influence des différents paramètres de mesure sur
les résultats pour un système type de spectrométrie gamma. Le contrôle de la qualité et la maintenance
de routine sont également traités, mais les essais électriques du détecteur et de l’électronique de
traitement des impulsions ne sont pas couverts. Tout logiciel utilisé pour la collecte et l’analyse des
données est supposé avoir été écrit et contrôlé conformément aux normes pertinentes sur les logiciels,
telles que l’ISO/IEC/IEEE 12207.
L’étalonnage à l’aide de sources de référence et/ou par des méthodes numériques est traité, incluant
la vérification des résultats. Le présent document détaille également le mode opératoire permettant
d’estimer, à partir du spectre, la valeur de l’activité de l’échantillon (Bq).
Les principes énoncés dans le présent document sont applicables aux mesurages par spectrométrie
gamma en laboratoire d’essai et in situ. Cependant, les exigences détaillées relatives au mesurage in situ
sont spécifiées dans l’ISO 18589-7 et n’entrent pas dans le domaine d’application du présent document.
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ISO 20042:2019(F)

Le présent document couvre, mais sans s’y limiter, les émetteurs gamma qui émettent des photons
dans la plage d’énergies de 5 keV à 3 000 keV. Cependant, la plupart des mesurages sont compris entre
40 keV et 2 000 keV. L’activité (Bq) varie des niveaux faibles (sub-Bq), détectés dans les échantillons
environnementaux, jusqu’aux niveaux retrouvés en conditions d’accident et dans les déchets de haute
activité.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 542, Graines oléagineuses — Échantillonnage
ISO 707, Lait et produits laitiers — Lignes directrices pour l'échantillonnage
ISO 5500, Tourteaux de graines oléagineuses — Échantillonnage
ISO 5538, Lait et produits laitiers — Échantillonnage — Contrôle par attributs
ISO 5667-1, Qualité de l’eau — Échantillonnage — Partie 1: Lignes directrices pour la conception des
programmes et des techniques d’échantillonnage
ISO 5667-10, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 10: Lignes directrices pour l'échantillonnage des
eaux résiduaires
ISO 10703, Qualité de l’eau — Détermination de l’activité volumique des radionucléides — Méthode par
spectrométrie gamma à haute résolution
ISO 11929, Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et extrémités
de l’intervalle de confiance) pour mesurages de rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et
applications
ISO 17604, Microbiologie de la chaîne alimentaire — Prélèvement d'échantillons sur des carcasses en vue de
leur analyse microbiologique
ISO 18400-101, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 101: Cadre pour la préparation et l'application
d'un plan d'échantillonnage
ISO 18400-102, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 102: Choix et application des techniques
d'échantillonnage
ISO 18400-103, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 103: Sécurité
ISO 18400-104, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 104: Stratégies
ISO 18400-107, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 107: Enregistrement et notification
ISO 18400-202, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 202: Investigations préliminaires
ISO 18400-203, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 203: Investigation des sites potentiellement
contaminés
ISO 18400-204, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 204: Lignes directrices pour l'échantillonnage
des gaz de sol
ISO 18400-205, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 205: Recommandations relatives aux modes
opératoires d'investigation des sites naturels, quasi naturels et cultivés
ISO 18589-2, Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Sol — Partie 2: Lignes directrices pour
la sélection de la stratégie d'échantillonnage, l'échantillonnage et le prétraitement des échantillons
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés

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ISO 20042:2019(F)

ISO 18589-7, Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Sol — Partie 7: Mesurage in situ des
radionucléides émetteurs gamma
ISO 24333, Céréales et produits céréaliers — Échantillonnage
Guide ISO/IEC 98-3:2008, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de
mesure (GUM: 1995)
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1
continuum de bruit de fond
événements du spectre qui forment une courbe lissée au-dessus de laquelle se superposent les pics
d’absorption totale
Note 1 à l'article: Le continuum peut résulter de rayons gamma diffusés à l’intérieur de l’échanti
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.