Evaluating the performance of continuous air monitors

The use of a continuous air monitor (CAM) is mainly motivated by the need to be alerted quickly and in the most accurate way possible with an acceptable false alarm rate when a significant activity concentration value is exceeded, in order to take appropriate measures to reduce exposure of those involved. The performance of this CAM does not only depend on the metrological aspect characterized by the decision threshold, the limit of detection and the measurement uncertainties but also on its dynamic capacity characterized by its response time as well as on the minimum detectable activity concentration corresponding to an acceptable false alarm rate. The ideal performance is to have a minimum detectable activity concentration as low as possible associated with a very short response time, but unfortunately these two criteria are in opposition. It is therefore important that the CAM and the choice of the adjustment parameters and the alarm levels be in line with the radiation protection objectives. The knowledge of a few factors is needed to interpret the response of a CAM and to select the appropriate CAM type and its operating parameters. Among those factors, it is important to know the half-lives of the radionuclides involved, in order to select the appropriate detection system and its associated model of evaluation. CAM using filter media accumulation sampling techniques are usually of two types: a) fixed filter; b) moving filter. This document first describes the theory of operation of each CAM type i.e.: — the different models of evaluation considering short or long radionuclides half-lives values, — the dynamic behaviour and the determination of the response time. In most case, CAM is used when radionuclides with important radiotoxicities are involved (small value of ALI). Those radionuclides have usually long half-life values. Then the determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit, limits of the coverage interval) of a CAM is described by the use of long half-life models of evaluation. Finally, a possible way to determine the minimum detectable activity concentration and the alarms setup is pointed out. The annexes of this document show actual examples of CAM data which illustrate how to quantify the CAM performance by determining the response time, the characteristics limits, the minimum detectable activity concentration and the alarms setup.

Évaluation des performances des dispositifs de surveillance de l'air en continu

L'utilisation d'un dispositif de surveillance de l'air en continu (CAM) est principalement motivée par la nécessité d'ętre alerté rapidement et de la façon la plus précise possible avec un taux acceptable de fausses alarmes lorsqu'une valeur d'activité volumique significative est dépassée, afin de prendre des mesures appropriées pour réduire l'exposition des personnes concernées. Les performances de ce CAM dépendent non seulement de l'aspect métrologique caractérisé par le seuil de décision, la limite de détection et les incertitudes de mesure, mais aussi de sa capacité dynamique caractérisée par son temps de réponse ainsi que de l'activité volumique minimale détectable correspondant ŕ un taux de fausses alarmes acceptable. La situation idéale serait d'avoir une activité volumique minimale détectable aussi faible que possible et un temps de réponse associé trčs court, mais ces deux critčres sont malheureusement en opposition. Il est donc important que le CAM et le choix des paramčtres de réglage et des niveaux d'alarme soient alignés sur les objectifs de la radioprotection. La connaissance de plusieurs facteurs est nécessaire pour interpréter la réponse d'un CAM et sélectionner le type de CAM adapté et ses paramčtres de fonctionnement. Parmi ces facteurs, il est important de connaître les demi-vies des radionucléides concernés, afin de sélectionner le systčme de détection approprié et son modčle d'évaluation associé. Les CAM qui mettent en œuvre des techniques de prélčvement avec accumulation sont généralement de deux types: a) ŕ support filtrant fixe; b) ŕ support filtrant déroulant. Le présent document décrit tout d'abord la théorie de fonctionnement de chaque type de CAM, ŕ savoir: — les différents modčles d'évaluation en fonction de la demi-vie (courte ou longue) des radionucléides; — le comportement dynamique et la détermination du temps de réponse. Dans la majorité des cas, un CAM est utilisé dans les situations impliquant des radionucléides ŕ radiotoxicité importante (faible valeur LAI), qui ont généralement des demi-vies longues. Le présent document décrit ensuite la détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection, limites de l'intervalle élargi) d'un CAM, en utilisant des modčles d'évaluation de demi-vies longues. Il suggčre enfin une méthode permettant de déterminer l'activité volumique minimale détectable et le paramétrage des alarmes. Les annexes du présent document présentent des exemples actuels de données de CAM qui illustrent la quantification des performances d'un CAM en déterminant le temps de réponse, les limites caractéristiques, l'activité volumique minimale détectable et le paramétrage des alarmes.

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Publication Date
05-May-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
06-May-2020
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Technical report
ISO/TR 22930-1:2020 - Evaluating the performance of continuous air monitors
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ISO/TR 22930-1:2020 - Évaluation des performances des dispositifs de surveillance de l'air en continu
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 22930-1
First edition
2020-05
Evaluating the performance of
continuous air monitors —
Part 1:
Air monitors based on accumulation
sampling techniques
Évaluation de la performance des dispositifs de surveillance de l'air
en continu —
Partie 1: Moniteurs d'air basés sur des techniques d'échantillonnage
par accumulation
Reference number
ISO/TR 22930-1:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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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
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 4

5 Measuring principle .......................................................................................................................................................................................... 6

6 Fixed-media filter monitor ........................................................................................................................................................................ 7

6.1 Preliminary note .................................................................................................................................................................................... 7

6.2 Study of the dynamic behaviour .............................................................................................................................................. 7

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 7

6.2.2 Short half-life model of evaluation of the activity concentration .......................................... 8

6.2.3 Long half-life radionuclide activity concentration model of evaluation .......................11

6.2.4 Intermediate half-life radionuclide activity concentration model of evaluation ..14

6.2.5 Comparison of the three fixed filter models of evaluation .......................................................15

7 Moving filter monitor ...................................................................................................................................................................................17

7.1 Preliminary note .................................................................................................................................................................................17

7.2 Study of the dynamic behaviour ...........................................................................................................................................17

7.3 Activity concentration model of evaluation ................................................................................................................20

8 Evaluation of the characteristic limits ........................................................................................................................................23

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................23

8.2 Fixed media filter model of evaluation ............................................................................................................................24

8.2.1 General...................................................................................................................................................................................24

8.2.2 Definition of the model ............................................................................................................................................24

8.2.3 Standard uncertainty ................................................................................................................................................24

8.2.4 Decision threshold.......................................................................................................................................................25

8.2.5 Detection limit ................................................................................................................................................................26

8.2.6 Limits of the coverage interval .........................................................................................................................26

8.3 Moving filter model of evaluation ........................................................................................................................................28

8.3.1 Definition of the measurand ...............................................................................................................................28

8.3.2 Standard uncertainty ................................................................................................................................................28

8.3.3 Decision threshold.......................................................................................................................................................29

8.3.4 Detection limit ................................................................................................................................................................29

8.3.5 Limits of the coverage interval .........................................................................................................................29

9 Alarms setup, minimum detectable activity concentration and PME ........................................................29

Annex A (informative) Numerical example of gross beta emitting activity concentration

measurement on fixed filter ..................................................................................................................................................................32

Annex B (informative) Numerical example of gross alpha emitting activity concentration

measurement on moving filter ...........................................................................................................................................................37

Annex C (informative) Numerical example of iodine 131 activity concentration gamma

spectrometry measurement on fixed charcoal cartridge .......................................................................................41

Annex D (informative) Determination of the detectable activity concentration and its

associated response time by the use a linear regression and statistical test method ..............44

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................52

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to

conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade

Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL:

www .iso .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies,

and radiological protection, Subcommittee SC 2, Radiological protection.

A list of all the parts in the ISO/TR 22930 series can be found on the ISO website.

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.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
Introduction

Sampling and monitoring of airborne activity concentration in workplaces are critically important for

maintaining worker safety at facilities where dispersible radioactive substances are used.

The first indication of a radioactive substance dispersion event comes, in general, from a continuous

air monitor (CAM) and its associated alarm levels. In general, the response of a CAM is delayed in time

compared to the actual situation of release.

The knowledge of a few factors is needed to interpret the response of a CAM and to select the appropriate

CAM type and its operating parameters.

The role of the radiation protection officer is to select the appropriate CAM, to determine when effective

release of radioactive substances occurs, to interpret measurement results and to take corrective

action appropriate to the severity of the release.

The objective of ISO/TR 22930 series is to assist radiation protection officer in evaluating the

performance of a CAM.

ISO/TR 22930 series describes the factors and operating parameters and how they influence the

response of a CAM.

This document deals with monitoring systems based on accumulation sampling techniques.

© ISO 2020 – All rights reserved v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 22930-1:2020(E)
Evaluating the performance of continuous air monitors —
Part 1:
Air monitors based on accumulation sampling techniques
1 Scope

The use of a continuous air monitor (CAM) is mainly motivated by the need to be alerted quickly and

in the most accurate way possible with an acceptable false alarm rate when a significant activity

concentration value is exceeded, in order to take appropriate measures to reduce exposure of those

involved.

The performance of this CAM does not only depend on the metrological aspect characterized by the

decision threshold, the limit of detection and the measurement uncertainties but also on its dynamic

capacity characterized by its response time as well as on the minimum detectable activity concentration

corresponding to an acceptable false alarm rate.

The ideal performance is to have a minimum detectable activity concentration as low as possible

associated with a very short response time, but unfortunately these two criteria are in opposition. It is

therefore important that the CAM and the choice of the adjustment parameters and the alarm levels be

in line with the radiation protection objectives.

The knowledge of a few factors is needed to interpret the response of a CAM and to select the appropriate

CAM type and its operating parameters.

Among those factors, it is important to know the half-lives of the radionuclides involved, in order to

select the appropriate detection system and its associated model of evaluation.

CAM using filter media accumulation sampling techniques are usually of two types:

a) fixed filter;
b) moving filter.
This document first describes the theory of operation of each CAM type i.e.:

— the different models of evaluation considering short or long radionuclides half-lives values,

— the dynamic behaviour and the determination of the response time.

In most case, CAM is used when radionuclides with important radiotoxicities are involved (small value

of ALI). Those radionuclides have usually long half-life values.

Then the determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit, limits of the

coverage interval) of a CAM is described by the use of long half-life models of evaluation.

Finally, a possible way to determine the minimum detectable activity concentration and the alarms

setup is pointed out.

The annexes of this document show actual examples of CAM data which illustrate how to quantify

the CAM performance by determining the response time, the characteristics limits, the minimum

detectable activity concentration and the alarms setup.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO/TR 22930-1:2020(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 16639, Surveillance of the activity concentrations of airborne radioactive substances in the workplace

of nuclear facilities

IEC 60761-1, Equipment for continuous monitoring of radioactivity in gaseous effluents — Part 1: General

requirements

ISO 11929-1, Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of

the coverage interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application — Part 1:

Elementary applications
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11929-1, ISO 16639,

IEC 60761-1 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
annual limit on intake
ALI

derived limit for the amount of radioactive substance (in Bq) taken into the body of an adult worker by

inhalation or ingestion in a year
[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.7]
3.2
continuous air monitor
CAM

instrument that continuously monitors the airborne activity concentration on a near real-time basis

[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.10]
3.3
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, it is decided that

the physical effect is present

Note 1 to entry: The decision threshold is defined such that in cases where the measurement result, y, exceeds

the decision threshold, y*, the probability of a wrong decision, namely that the true value of the measurand is not

zero if in fact it is zero, is less or equal to a chosen probability α.

Note 2 to entry: If the result, y, is below the decision threshold, y*, it is decided to conclude that the result cannot

be attributed to the physical effect; nevertheless, it cannot be concluded that it is absent.

[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.12]
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
3.4
derived air concentration
DAC

concentration of a radionuclide in air that, if breathed over the period of a work year, would result in the

intake of one ALI for that radionuclide

Note 1 to entry: The DAC is calculated by dividing the ALI by the volume of air breathed by reference man under

light-activity work during a working year (in Bq m ).

Note 2 to entry: The parameter values recommended by the International Commission on Radiological Protection

3 −1 3

for calculating the DAC are a breathing rate of 1,2 m ·h and a working year of 2 000 h (i.e. 2 400 m ).

Note 3 to entry: The air concentration can be expressed in terms of a number of DAC. For example, if the DAC for

−3 −3

a given radionuclide in a particular form is 0,2 Bq m and the observed concentration is 1,0 Bq m , then the

observed concentration can also be expressed as 5 DAC (i.e. 1,0 divided by 0,2).

Note 4 to entry: The derived air concentration-hour (DAC-hour) is an integrated exposure and is the product of the

concentration of a radioactive substance in air (expressed as a fraction or multiple of DAC for each radionuclide)

and the time of exposure to that radionuclide, in hours.
[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.12]
3.5
detection alarm level

value of time-integrated activity concentration activity concentration corresponding to an acceptable

false alarm rate
Note 1 to entry: When S0 increases false alarm rate decreases.

Note 2 to entry: Others values of alarm level higher than S0 can also be set up for operational reasons.

3.6
detection limit

smallest true value of the measurand which ensures a specified probability of being detectable by the

measurement procedure

Note 1 to entry: With the decision threshold according to 3.3, the detection limit is the smallest true value of the

measurand for which the probability of wrongly deciding that the true value of the measurand is zero is equal to

a specified value, β, when, in fact, the true value of the measurand is not zero. The probability of being detectable

is consequently (1−β).

Note 2 to entry: The terms detection limit and decision threshold are used in an ambiguous way in different

standards (e.g. standards related to chemical analysis or quality assurance). If these terms are referred to one

has to state according to which standard they are used.
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.13]
3.7
limits of the coverage interval
values which define a coverage interval

Note 1 to entry: The limits are calculated in the ISO 11929 series to contain the true value of the measurand with

a specified probability (1−γ)

Note 2 to entry: The definition of a coverage interval is ambiguous without further stipulations. In this standard

two alternatives, namely the probabilistically symmetric and the shortest coverage interval are used.

Note 3 to entry: The coverage interval is defined in ISO 11929-1:2019, 3.4, as the interval containing the set of

true quantity values of a measurand with a stated probability, based on the information available.

[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.16 modified – Note 3 to entry has been added]
© ISO 2020 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
3.8
measurand
quantity intended to be measured
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.3]
3.9
minimum detectable activity concentration

time-integrated activity concentration or activity concentration measurements and their associated

coverage intervals for a given probability (1−γ) corresponding to the detection alarm level S0

3.10
model of evaluation

set of mathematical relationships between all measured and other quantities involved in the evaluation

of measurements
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.11]
3.11
potential missed exposure
PME

time-integrated activity concentration or maximum activity concentration, as applicable, that can

acceptably be missed

Note 1 to entry: The value of PME is defined according to ALARA/ALARP principles, and below legal limits.

Note 2 to entry: In order to be alerted when a measurement is likely to exceed the value of PME, an alarm level S1

is set up. The PME is then the upper limit of the coverage interval for a given probability (1−γ) of time-integrated

activity concentration or activity concentration measurements corresponding to S1.

[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.18]
3.12
response time

time required after a step variation in the measured quantity for the output signal variation to reach a

given percentage for the first time, usually 90 %, of its final value
[SOURCE: IEC 60761-1:2002, 3.15]

Note 1 to entry: The intrinsic response time is related to the measurement principle and its associated model of

evaluation of an ideal detector (without taking account of the counting time of the detector).

3.13
transit time

duration corresponding to the complete scrolling of the moving filter in front of the detector, in case of

moving filter, and considering that the entire deposition area is viewed by the detector

Note 1 to entry: If v is the moving filter speed and L the detector aperture or length of the deposition area

considering a constant width w then the time transit t = .
4 Symbols
a(t) Activity deposited on the media filter at a time t, in Bq

b Slope of the linear regression line obtained from a set of n successive points (i, y ), y being

i i
th −2
the i measurement of the counting pulse (i = 1, ..., n), in s

C Correlation coefficient of the line resulting from the linear regression, dimensionless

4 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
C Coefficient of Student, dimensionless
c Activity concentration, in Bq·m
c* Decision threshold of the activity concentration, in Bq·m
# −3
c Detection limit of the activity concentration, in Bq·m

Lower limit of the coverage interval of the activity concentration for a given probability (1−γ),

in Bq·m

Upper limit of the coverage interval of the activity concentration for a given probability (1−γ),

in Bq·m
c(t) Activity concentration measured at a time t, in Bq·m
c(t ), c Activity concentration measured at a time t , in Bq·m
j j j
c (t) Actual activity concentration measured at a time t, in Bq·m
c Detectable activity concentration, in Bq·m
det
c Activity concentration of a gross measurement, in Bq·m
c Minimum detectable activity concentration, in Bq·m

Lower limit of the coverage interval of the minimum detectable activity concentration for a

min
given probability (1−γ), in Bq·m

Upper limit of the coverage interval the minimum detectable activity concentration for a

min
given probability (1−γ), in Bq·m

Activity concentration of the i measurement of a series of gross measurements (with

0,i
i = 1, …, n) which represent a background situation, in Bq·m
Mean value of c in Bq·m
0,i
D Diameter the circular window deposition area viewed by the detector, in m

K Detection alarm setup parameter corresponding to the chosen acceptable false alarm rate

level, dimensionless
k Quantile of a standard normal distribution, if kk= , dimensionless
11−−αβ

Quantile of a standard normal distribution for a probability (1−α), dimensionless

1−α

k Quantile of a standard normal distribution for a probability (1−β), dimensionless

1−β
k γ
 
Quantile of a standard normal distribution for a probability 1− , dimensionless
 
 2

L Length of the rectangular window deposition area viewed by the detector, considering a

constant width w , in m
N Number of atoms on the media filter, dimensionless

n (t, t ) Gross count during the counting time t of the media filter at a time t, dimensionless

g c c

p Student test acceptance parameter of the linear regression with a risk less than one out of

ten thousand to be aberrant, dimensionless
© ISO 2020 – All rights reserved 5
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ISO/TR 22930-1:2020(E)
3 −1
q Flow rate, in m ·s
r (t) Instantaneous gross count rate of the media filter at a time t, in s

r (t, t ) Gross count rate during the counting time t of the media filter at a time t, in s

g c c

r (t, t ), r Gross count rate during the counting time t of the media filter at a time t , in s

g c j c j
r Background count rate, in s

s Standard deviation of the activity concentration at a series of i measurements which repre-

sent a background situation

t, t Time, in year (YYYY)-month (MM)-day (DD) T hour (hh):minute (mm): second (ss)

t Counting time, in s
t Duration of airborne release, in s
t Time interval, in s
t Response time, in s
t Intrinsic response time, in s
t Transit time, in s
t Counting time for background measurement in s
t Half-life, in s
1/2
v Moving filter speed, in m·s
w Calibration factor, in Bq·m ·s
w Width of the rectangular deposition area viewed by the detector, in m
y Counting pulse measurement at the initiation of a linear regression process

Correction factor related to sampling (sampling point representativity, aerosol deposition in

the transport line, …), dimensionless
−1 −1
Detector efficiency, in Bq ·s
λ Decay constant, in s
5 Measuring principle

A representative sample of ambient air to be monitored containing an actual activity c (t) at a time t

is continuously captured through a transport line which deposits the radioactive substance on a media

filter. In parallel, a detector continuously measures the activity deposited on the media filter which

can be fixed or moving. Then a processing algorithm calculates the activity concentration c(t) and the

appropriate alarms on the basis of the evolution of the deposited activity and the volume of air sampled.

The processing algorithm can also, if necessary, take into account parameters which may perturb the

measurement result (see Figure 1).
6 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)
Key
1 transport line
2 detector
3 sampling pump
4 media filter
5 processing algorithm
6 alarm processing unit
Figure 1 — Model of the sampling and alarming
6 Fixed-media filter monitor
6.1 Preliminary note

In Clause 6, fixed-media filter means any type of fixed trapping method of radioactive contaminant (e.g.

“filter” used for aerosols monitoring, “charcoal cartridge” used for iodine, etc.).

6.2 Study of the dynamic behaviour
6.2.1 General

This subclause describes the evolution over time of the activity concentration c(t) during the

sudden appearance of an actual activity concentration c (t). The dynamic behaviour is quantified

by the response time t . The response time t is due to the intrinsic response time t related to the

R R RI
© ISO 2020 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TR 22930-1:2020(E)

measurement principle and its associated model of evaluation, the time delay provided by the counting

time t of the radioactivity measurement on the media filter, if needed the time interval t for calculating

C 1

the activity concentration c(t), and also the duration of the processing algorithm. This latter duration is

not taken into account in this document but it should be kept in mind.

It is considered in the following that the actual activity concentration measured at a time t changes over

time in steps to the duration of airborne release t
c (t) = c when 0 ≤ t < t (1)
ac ac F
c (t) = 0 when t ≥ t (2)
ac F

The differential equations describing the number of atoms N of the radionuclide deposited on the media

filter can be expressed as a function of the activity concentration c at the sampling point according to

the following Formulae:
qcδ
dNt()
=−λNt() when0<≤tt (3)
dt λ

NOTE 1 The monitor flow rate q is taken to be constant over the interval of interest.

and
dNt()
=−λNt() whentt≥ (4)
Moreover, the evolution of the activity on the filter is given by Formula (5)
rt −r
g 0
at()=λNt()= (5)
NOTE 2 The detector efficiency ε is supposed
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 22930-1
Première édition
2020-05
Évaluation des performances des
dispositifs de surveillance de l'air en
continu —
Partie 1:
Dispositifs de surveillance de
l'air basés sur des techniques de
prélèvement avec accumulation
Evaluating the performance of continuous air monitors —
Part 1: Air monitors based on accumulation sampling techniques
Numéro de référence
ISO/TR 22930-1:2020(F)
ISO 2020
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Sommaire Page

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

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

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 5

5 Principe de mesure ............................................................................................................................................................................................ 6

6 Dispositif de surveillance à support filtrant fixe ................................................................................................................ 7

6.1 Remarque préliminaire.................................................................................................................................................................... 7

6.2 Étude du comportement dynamique ................................................................................................................................... 8

6.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 8

6.2.2 Modèle d’évaluation de l’activité volumique pour les demi-vies courtes ....................... 9

6.2.3 Modèle d’évaluation de l’activité volumique des radionucléides à demi-vie

longue .....................................................................................................................................................................................12

6.2.4 Modèle d’évaluation de l’activité volumique des radionucléides à demi-vie

intermédiaire ...................................................................................................................................................................15

6.2.5 Comparaison des trois modèles d’évaluation pour un support filtrant fixe ..............16

7 Dispositif de surveillance à support filtrant déroulant ............................................................................................18

7.1 Remarque préliminaire.................................................................................................................................................................18

7.2 Étude du comportement dynamique ................................................................................................................................18

7.3 Modèle d’évaluation de l’activité volumique ..............................................................................................................21

8 Évaluation des limites caractéristiques ....................................................................................................................................24

8.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................24

8.2 Modèle d’évaluation pour support filtrant fixe ........................................................................................................25

8.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................25

8.2.2 Définition du modèle .................................................................................................................................................25

8.2.3 Incertitude-type.............................................................................................................................................................26

8.2.4 Seuil de décision ............................................................................................................................................................26

8.2.5 Limite de détection .....................................................................................................................................................28

8.2.6 Limites de l’intervalle élargi ...............................................................................................................................28

8.3 Modèle d’évaluation pour support filtrant déroulant ........................................................................................29

8.3.1 Définition du mesurande .......................................................................................................................................29

8.3.2 Incertitude-type.............................................................................................................................................................30

8.3.3 Seuil de décision ............................................................................................................................................................30

8.3.4 Limite de détection .....................................................................................................................................................31

8.3.5 Limites de l’intervalle élargi ...............................................................................................................................31

9 Paramétrage des alarmes, activité volumique minimale détectable et EMP ......................................31

Annexe A (informative) Exemple numérique de mesure de l’activité d’émission bêta globale

sur un filtre fixe ..................................................................................................................................................................................................34

Annexe B (informative) Exemple numérique de mesure de l’activité d’émission alpha

globale sur un filtre déroulant ............................................................................................................................................................39

Annexe C (informative) Exemple numérique d’un mesurage par spectrométrie gamma de

l’activité volumique de l’iode 131 sur une cartouche au charbon fixe ......................................................43

Annexe D (informative) Détermination de l’activité volumique détectable et de son temps

de réponse associé en utilisant une méthode de régression linéaire et de test

statistique .................................................................................................................................................................................................................46

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................54

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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 .html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies

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

Une liste de toutes les parties de la série ISO/TR 22930 se trouve sur le site Web de l’ISO.

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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Introduction

L’échantillonnage et la surveillance de l’activité volumique dans l’air des lieux de travail sont d’une

importance cruciale pour préserver la sécurité des travailleurs dans les lieux où des substances

radioactives dispersables sont utilisées.

En général, la première indication d’un événement de dispersion de substances radioactives est donnée

par un dispositif de surveillance de l’air en continu (CAM) et ses niveaux d’alarme associés. La réponse

d’un CAM est généralement décalée dans le temps par rapport à la situation de rejet réelle.

La connaissance de plusieurs facteurs est nécessaire pour interpréter la réponse d’un CAM et

sélectionner le type de CAM adapté et ses paramètres de fonctionnement.

Le rôle du spécialiste en radioprotection est de choisir le CAM approprié, de déterminer l’instant où le

rejet effectif de substances radioactives se produit, d’interpréter les résultats de mesure et de mener

une action corrective adaptée à la sévérité du rejet.

L’objectif de la série ISO/TR 22930 est d’aider le spécialiste en radioprotection à évaluer les performances

d’un CAM.

La série ISO/TR 22930 décrit les facteurs et les paramètres de fonctionnement ainsi que leur impact sur

la réponse d’un CAM.

Le présent document traite des systèmes de surveillance basés sur des techniques de prélèvement avec

accumulation.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 22930-1:2020(F)
Évaluation des performances des dispositifs de
surveillance de l'air en continu —
Partie 1:
Dispositifs de surveillance de l'air basés sur des techniques
de prélèvement avec accumulation
1 Domaine d’application

L’utilisation d’un dispositif de surveillance de l’air en continu (CAM) est principalement motivée par

la nécessité d’être alerté rapidement et de la façon la plus précise possible avec un taux acceptable de

fausses alarmes lorsqu’une valeur d’activité volumique significative est dépassée, afin de prendre des

mesures appropriées pour réduire l’exposition des personnes concernées.

Les performances de ce CAM dépendent non seulement de l’aspect métrologique caractérisé par le seuil

de décision, la limite de détection et les incertitudes de mesure, mais aussi de sa capacité dynamique

caractérisée par son temps de réponse ainsi que de l’activité volumique minimale détectable

correspondant à un taux de fausses alarmes acceptable.

La situation idéale serait d’avoir une activité volumique minimale détectable aussi faible que possible

et un temps de réponse associé très court, mais ces deux critères sont malheureusement en opposition.

Il est donc important que le CAM et le choix des paramètres de réglage et des niveaux d’alarme soient

alignés sur les objectifs de la radioprotection.

La connaissance de plusieurs facteurs est nécessaire pour interpréter la réponse d’un CAM et

sélectionner le type de CAM adapté et ses paramètres de fonctionnement.

Parmi ces facteurs, il est important de connaître les demi-vies des radionucléides concernés, afin de

sélectionner le système de détection approprié et son modèle d’évaluation associé.

Les CAM qui mettent en œuvre des techniques de prélèvement avec accumulation sont généralement de

deux types:
a) à support filtrant fixe;
b) à support filtrant déroulant.

Le présent document décrit tout d’abord la théorie de fonctionnement de chaque type de CAM, à savoir:

— les différents modèles d’évaluation en fonction de la demi-vie (courte ou longue) des radionucléides;

— le comportement dynamique et la détermination du temps de réponse.

Dans la majorité des cas, un CAM est utilisé dans les situations impliquant des radionucléides à

radiotoxicité importante (faible valeur LAI), qui ont généralement des demi-vies longues.

Le présent document décrit ensuite la détermination des limites caractéristiques (seuil de décision,

limite de détection, limites de l’intervalle élargi) d’un CAM, en utilisant des modèles d’évaluation de

demi-vies longues.

Il suggère enfin une méthode permettant de déterminer l’activité volumique minimale détectable et le

paramétrage des alarmes.
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Les annexes du présent document présentent des exemples actuels de données de CAM qui illustrent

la quantification des performances d’un CAM en déterminant le temps de réponse, les limites

caractéristiques, l’activité volumique minimale détectable et le paramétrage des alarmes.

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 16639, Surveillance de l’activité volumique des substances radioactives dans l’air des lieux de travail

des installations nucléaires

IEC 60761-1, Équipements de surveillance en continu de la radioactivité dans les effluents gazeux —

Partie 1: Exigences générales

ISO 11929-1, Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et

extrémités de l'intervalle élargi) pour mesurages de rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et

applications — Partie 1: Applications élémentaires
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 11929-1, l’ISO 16639,

l’IEC 60761-1 ainsi que les suivants, s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1
limite annuelle d’incorporation
LAI

limite sur une année dérivée de la quantité de substances (en Bq) radioactives absorbées par le corps

d’un travailleur adulte par inhalation ou ingestion
[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.7]
3.2
dispositif de surveillance de l’air en continu
CAM

instrument qui surveille en continu l’activité volumique dans l’air sur une base de temps quasi réelle

[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.10]
3.3
seuil de décision

valeur de l’estimateur du mesurande telle que, quand le résultat d’une mesure réelle utilisant une

procédure de mesure donnée d’un mesurande quantifiant le phénomène physique lui est supérieur, on

décide que le phénomène physique est présent

Note 1 à l'article: Le seuil de décision est défini de manière que, dans le cas où le résultat du mesurage, y, dépasse

le seuil de décision, y*, la probabilité d’une décision erronée, c’est-à-dire que la valeur vraie du mesurande ne soit

pas nulle alors qu’elle l’est en réalité, est inférieure ou égale à la probabilité choisie, α.

Note 2 à l'article: Si le résultat, y, est inférieur au seuil de décision, y*, on décide de conclure que le résultat ne peut

être attribué à l’effet physique. Néanmoins il ne peut pas être conclu que cet effet est absent.

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[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.12]
3.4
limite dérivée de contamination atmosphérique
LDCA

concentration de radionucléides dans l’air inhalés sur une période d’une année de travail, qui correspond

à l’incorporation d’une LAI de ce radionucléide

Note 1 à l'article: La LDCA est calculée en divisant la LAI par le volume d’air respiré par un homme de référence

effectuant un travail d’activité modérée sur une année de travail (en Bq m ).

Note 2 à l'article: Les valeurs des paramètres recommandées par la Commission Internationale de la Protection

3 −1

Radiologique pour les LDCA calculées sont pour un débit respiratoire de 1,2 m ·h et une année de travail

comptant 2 000 h (c’est-à-dire 2 400 m ).

Note 3 à l'article: La concentration d’air peut être exprimée en termes de nombre de LDCA. Par exemple, si la

LDCA d’un radionucléide donné et de forme particulière est égale à 0,2 Bq m et si la concentration observée est

de 1,0 Bq m , alors la concentration observée peut également être exprimée comme étant égale à 5 LDCA (c’est-

à-dire 1,0 divisé par 0,2).

Note 4 à l'article: La concentration d’air dérivée-heure (LDCA-h) est une exposition intégrée et est le produit de

la concentration d’une substance radioactive dans l’air (exprimée sous forme de fraction ou de multiple de LDCA

pour chaque radionucléide) et la durée d’exposition à ce radionucléide, en heures.

[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.12]
3.5
niveau d’alarme de détection

valeur d’activité volumique intégrée dans le temps ou d’activité volumique correspondant à un taux

acceptable de fausses alarmes
Note 1 à l'article: Lorsque S0 augmente, le taux de fausses alarmes diminue.

Note 2 à l'article: D’autres valeurs de niveau d’alarme supérieures à S0 peuvent également être paramétrées pour

des raisons opérationnelles.
3.6
limite de détection

plus petite valeur vraie du mesurande qui garantit une probabilité spécifiée qu’il soit détectable par la

méthode de mesure

Note 1 à l'article: Avec le seuil de décision conforme à 3.3, la limite de détection est la plus petite valeur vraie du

mesurande pour laquelle la probabilité de décider de façon erronée que la valeur vraie du mesurande est nulle est

égale à une valeur spécifiée, β, quand, en réalité, la valeur vraie du mesurande n’est pas nulle. La probabilité qu’il

soit détectable est par conséquent de (1-β).

Note 2 à l'article: Les termes «limite de détection» et «seuil de décision» sont utilisés de façon ambiguë dans

différentes normes (par exemple, les normes liées à l’analyse chimique ou à l’assurance de la qualité). En cas de

référence à ces termes, on doit impérativement préciser la norme à laquelle ils se rapportent.

[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.13]
3.7
limites de l’intervalle élargi
valeurs qui définissent un intervalle élargi

Note 1 à l'article: Les limites sont calculées dans la série ISO 11929 de manière à contenir la valeur vraie du

mesurande avec une probabilité spécifiée (1−γ).

Note 2 à l'article: La définition d’un intervalle élargi est ambiguë en l’absence d’informations complémentaires.

Dans la présente norme, on utilise deux alternatives, à savoir l’intervalle élargi probabilistiquement symétrique

et l’intervalle élargi le plus court.
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Note 3 à l'article: L’intervalle élargi est défini dans l’ISO 11929-1:2019, 3.4, comme étant l’intervalle contenant

l’ensemble des valeurs vraies d’un mesurande avec une probabilité déterminée, fondé sur l’information

disponible.
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.16 modifiée – La Note 3 à l’article a été ajoutée]
3.8
mesurande
grandeur que l’on veut mesurer
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.3]
3.9
activité volumique minimale détectable

mesurages de l’activité volumique intégrée dans le temps ou de l’activité volumique et leurs intervalles

élargis associés pour une probabilité donnée (1−γ) correspondant au niveau d’alarme de détection S0

3.10
modèle d’évaluation

ensemble de relations mathématiques entre toutes les grandeurs mesurées et les autres grandeurs

impliquées dans l’évaluation de la mesure
[SOURCE: ISO 11929-1:2019, 3.11]
3.11
exposition manquée potentielle
EMP

activité volumique intégrée dans le temps ou activité volumique maximale, selon le cas, qu’il est

potentiellement acceptable de manquer

Note 1 à l'article: La valeur EMP est définie selon les principes ALARA/ALARP, et inférieure aux limites légales.

Note 2 à l'article: Un niveau d’alarme S1 est paramétré afin de fournir une alerte dès qu’un mesurage est

susceptible de dépasser la valeur EMP. L’EMP est alors la limite supérieure de l’intervalle élargi pour une

probabilité donnée (1−γ) des mesurages de l’activité volumique intégrée dans le temps ou de l’activité volumique

correspondant à S1.
[SOURCE: ISO 16639:2017, 3.18]
3.12
temps de réponse

temps nécessaire, après une variation brusque de la grandeur à mesurer, pour que la variation du signal

de sortie atteigne pour la première fois un pourcentage donné, en général 90 %, de sa valeur finale

[SOURCE: IEC 60761-1:2002, 3.15]

Note 1 à l'article: Le temps de réponse intrinsèque est lié au principe de mesure et à son modèle d’évaluation

associé d’un détecteur idéal (sans tenir compte du temps de comptage du détecteur).

3.13
temps de transit

dans le cas d’un filtre déroulant, durée correspondant au défilement complet du filtre devant le

détecteur en considérant que ce dernier voit la totalité de la surface de dépôt

Note 1 à l'article: Si v est la vitesse de déroulement du filtre et L l’ouverture du détecteur ou la longueur de la

surface de dépôt en considérant une largeur w constante, le temps de transit est alors t = .

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4 Symboles
a(t) Activité déposée sur le support filtrant à un instant t, en Bq

b Pente de la droite de régression linéaire obtenue à partir d’un ensemble de n points

ème −2

successifs (i, y ), y étant le i mesurage de l’impulsion de comptage (i = 1, ..., n), en s

i i

C Coefficient de corrélation de la droite résultant de la régression linéaire, sans dimension

C Coefficient de Student, sans dimension
c Activité volumique, en Bq·m
c* Seuil de décision de l’activité volumique, en Bq·m
# −3
c Limite de détection de l’activité volumique, en Bq·m

Limite inférieure de l’intervalle élargi de l’activité volumique pour une probabilité donnée

(1−γ), en Bq·m

Limite supérieure de l’intervalle élargi de l’activité volumique pour une probabilité donnée

(1−γ), en Bq·m
c(t) Activité volumique mesurée à un instant t, en Bq·m
c(t ), c Activité volumique mesurée à un instant t , en Bq·m
j j j
c (t) Activité volumique réelle mesurée à un instant t, en Bq·m
c Activité volumique détectable, en Bq·m
det
c Activité volumique d’un mesurage brut, en Bq·m
c Activité volumique minimale détectable, en Bq·m

Limite inférieure de l’intervalle élargi de l’activité volumique minimale détectable pour une

min
probabilité donnée (1−γ), en Bq·m

Limite supérieure de l’intervalle élargi de l’activité volumique minimale détectable pour une

min
probabilité donnée (1−γ), en Bq·m
ème
c Activité volumique du i mesurage d’une série de mesurages bruts (avec
0,i
i = 1, …, n) qui représentent une situation de bruit de fond, en Bq·m
Valeur moyenne de c , en Bq·m
0,i

D Diamètre de la surface de dépôt circulaire vue par la fenêtre du détecteur, en m

K Paramètre d’alarme de détection correspondant au niveau choisi de taux de fausses alarmes

acceptable, sans dimension
k Quantile d’une loi normale centrée réduite, si kk= , sans dimension
11−−αβ

k Quantile d’une loi normale centrée réduite pour une probabilité (1−α), sans dimension

1−α

k Quantile d’une loi normale centrée réduite pour une probabilité (1−β), sans dimension

1−β
k γ
 

Quantile d’une loi normale centrée réduite pour une probabilité 1− , sans dimension

 
 2
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L Longueur de la surface de dépôt rectangulaire vue par la fenêtre du détecteur, en considérant

une largeur w constante, en m
N Nombre d’atomes sur le support filtrant, sans dimension

n (t, t ) Comptage brut pendant le temps de comptage t du support filtrant à un instant t, sans dimension

g c c

p Paramètre d’acceptation du test de Student de la régression linéaire, avec un risque de moins

de 1 sur 10 000 d’être aberrant, sans dimension
3 −1
q Débit, en m ·s
r (t) Taux de comptage brut instantané du support filtrant à un instant t, en s

r (t, t ) Taux de comptage brut pendant le temps de comptage t du support filtrant à un instant t, en s

g c c

r (t , t ), r Taux de comptage brut pendant le temps de comptage t du support filtrant à un instant t , en s

g j c j c j
r Taux de comptage du bruit de fond, en s

s Écart-type de l’activité volumique sur une série de i mesurages qui représentent une situation

de bruit de fond

t, t Temps, en année (AAAA)-mois (MM)-jour (JJ) T heure (hh):minute (mm): seconde (ss)

t Temps de comptage, en s
t Durée du rejet dans l’air, en s
t Intervalle de temps, en s
t Temps de réponse, en s
t Temps de réponse intrinsèque, en s
t Temps de transit, en s
t Temps de comptage pour le mesurage du bruit de fond, en s
t Demi-vie, en s
1/2
v Vitesse du filtre déroulant, en m·s
w Facteur d’étalonnage, en Bq·m ·s

w Largeur de la surface de dépôt rectangulaire vue par la fenêtre du détecteur, en m

y Mesurage de l’impulsion de comptage au début d’un processus de régression linéaire

Facteur de correction lié au prélèvement (représentativité des points de prélèvement, dépôt

d’aérosol dans la ligne de transport, etc.), sans dimension
−1 −1
ε Rendement du détecteur, en Bq ·s
λ Constante de décroissance, en s
5 Principe de mesure

Un échantillon représentatif de l’air ambiant à surveiller, contenant une activité réelle c (t) à un

instant t, est capté en continu via une ligne de transport qui dépose la substance radioactive sur un

support filtrant. En parallèle, un détecteur mesure en continu l’activité déposée sur le support filtrant

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qui peut être fixe ou déroulant. Un algorithme de traitement calcule ensu
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Questions, Comments and Discussion

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