Measurement of radioactivity in the environment -- Air: radon-222

This document describes spot measurement methods for determining the activity concentration of short-lived radon-222 decay products in the air and for calculating the potential alpha energy concentration. This document gives indications for performing a spot measurement of the potential alpha energy concentration, after sampling at a given place for several minutes, and the conditions of use for the measuring devices. The measurement method described is applicable for a rapid assessment of the potential alpha energy concentration. The result obtained cannot be extrapolated to an annual estimate potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products. Thus, this type of measurement is not applicable for the assessment of annual exposure or for determining whether or not to mitigate citizen exposures to radon or radon decay products. This measurement method is applicable to air samples with potential alpha energy concentration greater than 5 nJ/m3. NOTE This document does not address the potential contribution of radon-220 decay products.

Mesurage de la radioactivité dans l'environnement -- Air: radon 222

Le présent document décrit les méthodes de mesure ponctuelle destinées ŕ déterminer l'activité volumique des descendants ŕ vie courte du radon-222 dans l'air et ŕ calculer de l'énergie alpha potentielle volumique. Le présent document fournit des indications pour réaliser un mesurage ponctuel de l'énergie alpha potentielle volumique avec un prélčvement effectué en un lieu donné pendant plusieurs minutes, et sur les conditions d'utilisation des dispositifs de mesure. La méthode de mesure décrite s'applique pour une évaluation rapide de l'énergie alpha potentielle volumique. Le résultat obtenu ne peut pas ętre extrapolé ŕ une estimation annuelle de l'énergie alpha potentielle volumique des descendants ŕ vie courte du radon-222. Par conséquent, ce type de mesurage ne s'applique pas ŕ l'évaluation de l'exposition annuelle ni ŕ la détermination de l'opportunité de réduire ou non l'exposition des citoyens au radon ou aux descendants du radon. Cette méthode de mesure s'applique ŕ des échantillons d'air ayant une énergie alpha potentielle volumique supérieure ŕ 5 nJ/m3. NOTE Le présent document ne couvre pas la contribution potentielle des descendants du radon-220.

General Information

Status
Published
Publication Date
12-Jan-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
20-Dec-2019
Completion Date
13-Jan-2020
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ISO 11665-3:2020 - Measurement of radioactivity in the environment -- Air: radon-222
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11665-3
Second edition
2020-01
Measurement of radioactivity in the
environment — Air: radon-222 —
Part 3:
Spot measurement method of the
potential alpha energy concentration
of its short-lived decay products
Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Air: radon 222 —
Partie 3: Méthode de mesure ponctuelle de l'énergie alpha potentielle
volumique de ses descendants à vie courte
Reference number
ISO 11665-3:2020(E)
ISO 2020
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ISO 11665-3:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

3 Terms, definitions and symbols ............................................................................................................................................................ 1

3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 2

4 Principle of the measurement method ......................................................................................................................................... 3

5 Equipment ................................................................................................................................................................................................................... 3

6 Sampling ........................................................................................................................................................................................................................ 4

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

6.2 Sampling objective ............................................................................................................................................................................... 4

6.3 Sampling characteristics ......... ........................................................................................................................................................ 4

6.4 Sampling conditions ........................................................................................................................................................................... 5

6.4.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

6.4.2 Installation of sampling system .......................................................................................................................... 5

6.4.3 Sampling duration .......................................................................................................................................................... 5

6.4.4 Volume of air sampled .................. ......................................................................................................................... ...... 5

7 Detection method ................................................................................................................................................................................................ 5

8 Measurement ........................................................................................................................................................................................................... 5

8.1 Procedure .................................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Influence quantities ............................................................................................................................................................................ 6

8.3 Calibration .................................................................................................................................................................................................. 6

9 Expression of results ........................................................................................................................................................................................ 7

9.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 7

9.2 Potential alpha energy concentration ................................................................................................................................. 7

9.3 Standard uncertainty ......................................................................................................................................................................... 7

9.4 Decision threshold ............................................................................................................................................................................... 8

9.5 Detection limit ......................................................................................................................................................................................... 9

9.6 Limits of the confidence interval ............................................................................................................................................. 9

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 9

Annex A (informative) Examples of gross alpha counting protocols ...............................................................................11

Annex B (informative) Calculation of the coefficients k , k and k ....................................12

218 ,j 214 ,j 214 ,j
Po Pb Bi

Annex C (informative) Measurement method using gross alpha counting according to the

Thomas protocol ................................................................................................................................................................................................16

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................19

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 11665-3:2020(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).

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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 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.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 11665-3:2012), of which it constitutes a

minor revision. The changes compared to the previous edition are as follows:
— update of the Introduction;
— update of the Bibliography.
A list of all the parts in the ISO 11665 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
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ISO 11665-3:2020(E)
Introduction

Radon isotopes 222, 219 and 220 are radioactive gases produced by the disintegration of radium isotopes

226, 223 and 224, which are decay products of uranium-238, uranium-235 and thorium-232 respectively,

and are all found in the earth's crust (see ISO 11665-1:2019, Annex A for further information). Solid

[1]

elements, also radioactive, followed by stable lead are produced by radon disintegration .

When disintegrating, radon emits alpha particles and generates solid decay products, which are also

radioactive (polonium, bismuth, lead, etc.). The potential effects on human health of radon lie in its solid

decay products rather than the gas itself. Whether or not they are attached to atmospheric aerosols,

radon decay products can be inhaled and deposited in the bronchopulmonary tree to varying depths

[2][3][4][5]
according to their size .
[6]

Radon is today considered to be the main source of human exposure to natural radiation. UNSCEAR

suggests that, at the worldwide level, radon accounts for around 52 % of global average exposure to

natural radiation. The radiological impact of isotope 222 (48 %) is far more significant than isotope

220 (4 %), while isotope 219 is considered negligible (see ISO 11665-1:2019, Annex A). For this reason,

references to radon in this document refer only to radon-222.

Radon activity concentration can vary from one to more orders of magnitude over time and space.

Exposure to radon and its decay products varies tremendously from one area to another, as it depends

on the amount of radon emitted by the soil and building materials, weather conditions, and on the

degree of containment in the areas where individuals are exposed.

As radon tends to concentrate in enclosed spaces like houses, the main part of the population exposure

is due to indoor radon. Soil gas is recognized as the most important source of residential radon through

infiltration pathways. Other sources are described in other parts of ISO 11665 and ISO 13164 series for

[7]
water .

Radon enters into buildings via diffusion mechanism caused by the all-time existing difference between

radon activity concentrations in the underlying soil and inside the building, and via convection

mechanism inconstantly generated by a difference in pressure between the air in the building and the

air contained in the underlying soil. Indoor radon activity concentration depends on radon activity

concentration in the underlying soil, the building structure, the equipment (chimney, ventilation

systems, among others), the environmental parameters of the building (temperature, pressure, etc.)

and the occupants’ lifestyle.

To limit the risk to individuals, a national reference level of 100 Bq.m is recommended by the World

[5] -3

Health Organization . Wherever this is not possible, this reference level should not exceed 300 Bq·m .

This recommendation was endorsed by the European Community Member States that should establish

national reference levels for indoor radon activity concentrations. The reference levels for the annual

-3[5]
average activity concentration in air should not be higher than 300 Bq·m .

To reduce the risk to the overall population, building codes should be implemented that require radon

prevention measures in buildings under construction and radon mitigating measures in existing

buildings. Radon measurements are needed because building codes alone cannot guarantee that radon

concentrations are below the reference level.

Variations of a few nanojoules per cubic metre to several thousand nanojoules per cubic metre are

observed in the potential alpha energy concentration of short-lived radon decay products.

The potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products in the atmosphere

can be measured by spot and integrated measurement methods (see ISO 11665-1). This document deals

with spot measurement methods. A spot measurement of the potential alpha energy concentration

relates to the time when the measurement is taken and has no significance in annual exposure. This

type of measurement does not therefore apply when assessing the annual exposure.

NOTE The origin of radon-222 and its short-lived decay products in the atmospheric environment are

described generally in ISO 11665-1 together with measurement methods.
© ISO 2020 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11665-3:2020(E)
Measurement of radioactivity in the environment — Air:
radon-222 —
Part 3:
Spot measurement method of the potential alpha energy
concentration of its short-lived decay products
1 Scope

This document describes spot measurement methods for determining the activity concentration

of short-lived radon-222 decay products in the air and for calculating the potential alpha energy

concentration.

This document gives indications for performing a spot measurement of the potential alpha energy

concentration, after sampling at a given place for several minutes, and the conditions of use for the

measuring devices.

The measurement method described is applicable for a rapid assessment of the potential alpha energy

concentration. The result obtained cannot be extrapolated to an annual estimate potential alpha energy

concentration of short-lived radon-222 decay products. Thus, this type of measurement is not applicable

for the assessment of annual exposure or for determining whether or not to mitigate citizen exposures

to radon or radon decay products.

This measurement method is applicable to air samples with potential alpha energy concentration

greater than 5 nJ/m .

NOTE This document does not address the potential contribution of radon-220 decay products.

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 11665-1, Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 — Part 1: Origins of radon

and its short-lived decay products and associated measurement methods

ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories

IEC 61577-1, Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring

instruments — Part 1: General principles

IEC 61577-3, Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring

instruments — Part 3: Specific requirements for radon decay product measuring instruments

3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11665-1 apply.

© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO 11665-3:2020(E)
3.2 Symbols

For the purposes of this document, the symbols given in ISO 11665-1 and the following apply.

C activity concentration of the nuclide i, in becquerels per cubic metre

E alpha particle energy produced by the disintegration of the nuclide i, in joules

AE,i
E total alpha particle energy potentially produced by the nuclide i, in joules
AEt,i
E potential alpha energy of the nuclide i, in joules
PAE,i

E potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules per cubic metre

PAEC,i

decision threshold of the potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules per

PAEC,i
cubic metre

detection limit of the of the potential alpha energy concentration of the nuclide i, in joules

PAEC,i
per cubic metre

lower limit of the confidence interval of the potential alpha energy concentration of the nu-

PAEC,i
clide i, in joules per cubic metre

upper limit of the confidence interval of the potential alpha energy concentration of the

PAEC,i
nuclide i, in joules per cubic metre
I j number of gross counts obtained between times t and t
j j cj
I j number of background counts obtained between times t and t
0,j j cj

k coefficient related to the j number of gross count for radon decay product i, depending on

i,j

the decay constants of the radon decay products, the sampling duration, t , and the times t

s j
and t , per square second
N number of atoms of the nuclide i
n counting number depending on the gross alpha counting protocol used
Q sampling flowrate, in cubic metres per second
t end time of counting j, in seconds
t start time of counting j, in seconds
t sampling duration, in seconds
U expanded uncertainty calculated by U = k⋅u( ) with k = 2
u( ) standard uncertainty associated with the measurement result
u ( ) relative standard uncertainty
rel
V sampled volume, in cubic metres
ε counting efficiency, in pulses per disintegration
λ decay constant of the nuclide i, per second
2 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2020(E)
4 Principle of the measurement method

Spot measurement of the potential alpha energy concentration of short-lived radon-222 decay products

is based on the following elements:

a) grab sampling, at time t, of short-lived radon decay products contained in a volume of air

representative of the atmosphere under investigation, using a high-efficiency filtering membrane;

b) repeated gross alpha measurements of the collected decay products using a detector sensitive to

alpha particles; the counting stage starts after sampling has stopped;

c) calculation of the activity concentrations of the radon decay products using the laws of radioactive

decay and the counting results from a preset duration, repeated at given times.

The gross alpha measurement method quantifies alpha particles emitted by short-lived radon decay

222 218

products. The Rn decay product chain shows that 99,98 % of the decays of Po result in the emission

214 214

of alpha particles. It can, therefore, be considered as a pure alpha emitter. Pb and Bi are not alpha

214

emitters, but they contribute to the appearance of alpha particles from the decay of Po.

After collecting the air sample, the gross alpha activity is measured for various counting durations.

Because of the fast decay of radon decay products, the isotopic composition of a sample rapidly changes

during collection as well as during the counting durations. Repeated measurements of the gross alpha

activity are necessary in order to describe the decay of the sample and thereby calculate the amounts of

the various decay products which were originally collected in the air sample.
222

NOTE Although Rn and its decay products are usually found in higher quantity, environmental air

220

samples can also contain significant activity of radonuclides of the Rn decay chain as well as other airborne

long-lived radionuclides. In such cases, the formulas and procedures given in this document need to be adapted

to take into account these additional radionuclides.
5 Equipment

The apparatus shall include a sampling system and a detection system composed of a detector

connected to a counting system (see Figure 1). The measuring devices used shall be in accordance with

IEC 61577-1 and IEC 61577-3.
The sampling system shall include the following components:

a) an open filter holder allowing fast and easy removal of the filter after sampling;

b) a pump;

c) a high-efficiency particulate air filter (HEPA filter with a minimum efficiency of 99,97 % for a

particle size of 0,3 µm);
d) a flowmeter and a chronometer;
Possible detectors include the following:

— a photomultiplier associated with a sensitive scintillation surface [for example ZnS(Ag)];

— a silicon semi-conductor that is sensitive to alpha particles.

The detector, connected to a pulse counting system, shall have a sensitive detection surface at least

equal in diameter to the filtering membrane.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO 11665-3:2020(E)
a) Sampling system b) Detection system
Key
1 filtering membrane
2 filter holder
3 support
4 flowmeter and chronometer
5 pump
6 counting system
7 detector

Figure 1 — Functional diagram of a spot measuring system for potential alpha energy

concentration of short-lived radon decay products
6 Sampling
6.1 General

Grab sampling is representative of the potential alpha energy concentration of short-lived radon-222

decay products at a given time and a given place.
6.2 Sampling objective

The sampling objective is to collect, without interruption, all the aerosols, regardless of their size

(unattached and attached fractions), carrying short lived radon decay products and contained in the

ambient air during a given sampling duration (<1 h).
6.3 Sampling characteristics

The unattached and attached fractions of short-lived radon decay products shall be sampled without

interruption from the atmosphere under investigation by pumping and filtering a known volume of air

through a high-efficiency collection membrane located in an open filter holder. The air sampling shall

be omni-directional.

In order to count the emitted alpha particles correctly, the sampling system shall conduct to the surface

deposit of the radionuclides on the filter and shall prevent the aerosols from being buried.

The sampling system shall be used in conditions that preclude clogging of the filtering membrane, which

would cause self-absorption of the alpha emissions of particles collected on the filter or a reduction in

the sampling flowrate over time.
4 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2020(E)
6.4 Sampling conditions
6.4.1 General

Sampling shall be carried out as specified in ISO 11665-1. The sampling location, date and time shall be

recorded.
6.4.2 Installation of sampling system

Installation of the sampling system shall be carried out as specified in ISO 11665-1.

6.4.3 Sampling duration
218

Given the short half-lives of the radon-222 decay products, particularly Po, the sampling duration

should normally be less than or equal to 20 min. A longer sampling duration would not improve the

detection limit of the method.
6.4.4 Volume of air sampled

The volume of air sampled shall be ascertained by continuous measurement of the flowrate during

sampling with a calibrated system (for example a sonic nozzle) (see IEC 61577-3).

7 Detection method

Detection shall be performed using silver-activated zinc sulphide ZnS(Ag) scintillation or a

semi-conductor (alpha detection), as described in ISO 11665-1.
8 Measurement
8.1 Procedure
Measurement shall be carried out as follows.
a) Select the sampling duration, t .

b) Plan the counting stage, with n countings, and choose start time t and end time t for each number

j cj

of counts I . The different sets are organized from j = 1 to j = n. Before a set of counting, a specific

waiting time can be required.

NOTE Examples of gross alpha counting protocols are given in Annex A. The measurement method

using gross alpha counting according to the Thomas protocol is detailed in Annex C.

c) Install the detection system (detector and pulse counting system).

d) Determine the background level of the filtering membrane. Before carrying out sampling, position

the virgin membrane opposite the detector, in accordance with manufacturer recommendations.

Measure the virgin membrane by means of n successive gross alpha countings during specific

counting durations t − t according to the counting stage selected:
cj j
1) t = 0 to t = t standby, there is no count if t > 0;
1 1
2) t = t to t = t count I is performed;
1 c1 0,1
3) t = t to t = t standby, there is no count if t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t to t = t count I is performed.
j cj 0,j
© ISO 2020 – All rights reserved 5
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ISO 11665-3:2020(E)
If n > 1, repeat stages 3) and 4) until j = n.
e) Record values of I for j = 1 to j = n.
0,j
f) Select and locate the measuring point.
g) Install the sampling system.

h) Using grab sampling, obtain an air sample representative of the atmosphere under investigation

during the sampling duration t .
i) Record the location and the time (date, hour and minutes) of sampling.

j) Once sampling is completed, remove the filtering membrane from the sampling system and position

it opposite the detector, in accordance with manufacturer recommendations. Given the short

half-lives of the radon-222 decay products, the alpha particles shall be detected on the sampling

site within a few minutes of sampling.

k) Perform n successive gross alpha countings of the membrane with specific counting durations

t − t according to the counting stage selected:
cj j
1) t = 0 to t = t standby, there is no count if t > 0;
1 1
2) t = t to t = t count I is performed;
1 c1 1
3) t = t to t = t standby, there is no count if t > t ;
cj−1 j j cj−1
4) t = t to t = t count I is performed.
j cj j
If n > 1, repeat stages 3) and 4) until j = n.
l) Record values of I for j = 1 to j = n.
m) Determine the potential alpha energy concentration by calculation.
8.2 Influence quantities

Various quantities can lead to measurement bias that could induce non-representative results.

Depending on the measurement method and the control of usual influence quantities specified in

IEC 61577-1 and ISO 11665-1, the following quantities shall be considered in particular:

a) influence of atmospheric pressure on the sampling process;

b) influence of the filtering membrane storage conditions before sampling starts; the storage

conditions shall be so designed to avoid contamination of the filtering membrane with radon decay

products;

c) detector surface contamination; the surface contamination of the detector shall be controlled

before performing the measurement;

d) potential presence of other alpha emitters (radium, radon isotopes, etc.) on the filtering membrane

or in the ambient air.

Manufacturer recommendations in the operating instructions for the measuring devices shall be

followed.
8.3 Calibration

The entire measuring device (sampling system and detection system, i.e. detector and related

electronics) shall be calibrated as specified in ISO 11665-1.
6 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 11665-3:2020(E)

The relationship between the variable measured by the detection system and the potential alpha energy

concentration of the radon
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11665-3
Deuxième édition
2020-01
Mesurage de la radioactivité dans
l'environnement — Air: radon 222 —
Partie 3:
Méthode de mesure ponctuelle de
l'énergie alpha potentielle volumique
de ses descendants à vie courte
Measurement of radioactivity in the environment — Air:
radon-222 —
Part 3: Spot measurement method of the potential alpha energy
concentration of its short-lived decay products
Numéro de référence
ISO 11665-3:2020(F)
ISO 2020
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ISO 11665-3:2020(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 11665-3:2020(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

3 Termes, définitions et symboles .......................................................................................................................................................... 1

3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 2

4 Principe de la méthode de mesure .................................................................................................................................................... 3

5 Équipement ................................................................................................................................................................................................................ 3

6 Prélèvement .............................................................................................................................................................................................................. 4

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

6.2 Objectif du prélèvement .................................................................................................................................................................. 4

6.3 Caractéristiques du prélèvement ............................................................................................................................................ 4

6.4 Conditions du prélèvement .......................................................................................................................................................... 5

6.4.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

6.4.2 Installation du système de prélèvement ..................................................................................................... 5

6.4.3 Durée du prélèvement ................................................................................................................................................ 5

6.4.4 Volume d’air prélevé ..................................................................................................................................................... 5

7 Méthode de détection ...................................................................................................................................................................................... 5

8 Mesurage....................................................................................................................................................................................................................... 5

8.1 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Grandeurs d’influence....................................................................................................................................................................... 6

8.3 Étalonnage .................................................................................................................................................................................................. 6

9 Expression des résultats............................................................................................................................................................................... 7

9.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 7

9.2 Énergie alpha potentielle volumique ................................................................................................................................... 7

9.3 Incertitude-type ..................................................................................................................................................................................... 7

9.4 Seuil de décision .................................................................................................................................................................................... 8

9.5 Limite de détection .............................................................................................................................................................................. 9

9.6 Limites de l’intervalle de confiance ....................................................................................................................................... 9

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................... 9

Annexe A (informative) Exemples de protocoles de comptage alpha global ...........................................................11

Annexe B (informative) Calcul des coefficients k , k et k ..........................................................12

218 ,j 214 ,j 214 ,j
Po Pb Bi

Annexe C (informative) Méthode de mesure utilisant un comptage alpha global selon la

méthode de Thomas ......................................................................................................................................................................................16

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................19

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ISO 11665-3:2020(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 www .iso .org/ 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, en collaboration avec le comité

technique CEN/TC 430, Énergie nucléaire, technologies nucléaires et protection radiologique, du Comité

européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le

CEN (Accord de Vienne).

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 11665-3:2012), qui a fait l’objet

d’une révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— l’Introduction a été mise à jour;
— la Bibliographie a été mise à jour.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 11665 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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ISO 11665-3:2020(F)
Introduction

Les isotopes 222, 219 et 220 du radon sont des gaz radioactifs produits par la désintégration des

isotopes 226, 223 et 224 du radium, lesquels sont respectivement des descendants de l’uranium-238, de

l’uranium-235 et du thorium-232, et sont tous présents dans l’écorce terrestre (voir ISO 11665-1:2019,

Annexe A pour plus d’informations). Des éléments solides, eux aussi radioactifs, suivis par du plomb

[1]
stable, sont produits par la désintégration du radon .

Lorsqu’il se désintègre, le radon émet des particules alpha et génère des descendants solides qui sont

eux aussi radioactifs (par exemple polonium, bismuth, plomb, etc.). Les effets potentiels du radon sur

la santé humaine sont liés aux descendants plutôt qu’au gaz lui-même. Qu’ils soient ou non attachés à

des aérosols atmosphériques, les descendants du radon peuvent être inhalés et déposés dans l’arbre

[2][3][4][5]
broncho-pulmonaire à différentes profondeurs, suivant leur taille .

Le radon est aujourd’hui considéré comme la principale source d’exposition de l’homme au rayonnement

[6]

naturel. L’UNSCEAR suggère qu’au niveau mondial, le radon intervient pour environ 52 % de

l’exposition moyenne globale au rayonnement naturel. L’impact radiologique de l’isotope 222 (48 %)

est nettement plus important que celui de l’isotope 220 (4 %), l’isotope 219 est quant à lui considéré

comme négligeable (voir ISO 11665-1:2019, Annexe A). Pour cette raison, les références au radon dans le

présent document désignent exclusivement le radon-222.

L’activité volumique du radon peut varier d’un à plusieurs ordres de grandeur dans le temps et l’espace.

L’exposition au radon et à ses descendants varie considérablement d’un lieu à l’autre. Elle dépend de

la quantité de radon émise par le sol et des matériaux de construction en ces lieux, des conditions

météorologiques et du degré de confinement dans les lieux où sont exposées les personnes.

Comme le radon a tendance à se concentrer dans les espaces clos tels que les maisons, la majeure partie

de l’exposition de la population provient du radon présent dans l’atmosphère intérieure des bâtiments.

Le gaz issu du sol est reconnu comme étant la plus importante source de radon résidentiel via des

voies d’infiltration. D’autres sources sont décrites dans d’autres parties de l’ISO 11665 et dans la série

[7]
ISO 13164 pour l’eau .

Le radon pénètre dans les bâtiments par un mécanisme de diffusion dû à la différence permanente

entre l’activité volumique du radon dans le sol sous-jacent et celle existant à l’intérieur du bâtiment,

et par un mécanisme de convection généré par intermittence par une différence de pression entre l’air

dans le bâtiment et celui contenu dans le sol sous-jacent. L’activité volumique du radon à l’intérieur des

bâtiments dépend de l’activité volumique du radon dans le sol sous-jacent, de la structure du bâtiment,

des équipements (cheminée, systèmes de ventilation mécanique, entre autres), des paramètres

environnementaux du bâtiment (température, pression, etc.), mais également du mode de vie de ses

occupants.

Pour limiter le risque pour les individus, un niveau de référence national de 100 Bq·m est recommandé

[5]

par l’Organisation mondiale de la santé . Lorsque cela n’est pas possible, il convient que ce niveau de

référence ne dépasse pas 300 Bq·m . Cette recommandation a été entérinée par les États membres de

la Communauté européenne; il convient que ceux-ci établissent des niveaux de référence nationaux pour

les activités volumiques du radon à l’intérieur des bâtiments. Il convient que les niveaux de référence

–3[5]

pour l’activité volumique moyenne annuelle dans l’air ne soient pas supérieurs à 300 Bq·m .

Pour réduire le risque pour l’ensemble de la population, il convient de mettre en œuvre des codes du

bâtiment qui exigent des mesures de prévention du radon dans les bâtiments en construction et des

mesures d’atténuation du radon dans les bâtiments existants. Les mesurages du radon sont nécessaires,

car les codes du bâtiment ne peuvent à eux seuls garantir que les concentrations de radon sont

inférieures au niveau de référence.

Des variations de quelques nanojoules par mètre cube à plusieurs milliers de nanojoules par mètre cube

sont observées pour l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon.

L’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du radon-222 dans l’atmosphère

peut être mesurée en utilisant des méthodes de mesure ponctuelle et intégrée (voir ISO 11665-1). Le

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ISO 11665-3:2020(F)

présent document traite des méthodes de mesure ponctuelle. Un mesurage ponctuel de l’énergie alpha

potentielle volumique se rapporte à l’instant auquel le mesurage est effectué et n’est pas significatif

de l’exposition annuelle. Par conséquent, ce type de mesurage ne s’applique pas à l’évaluation de

l’exposition annuelle.

NOTE L’ISO 11665-1 décrit de manière générale l’origine du radon-222 et de ses descendants à vie courte

dans l’environnement atmosphérique, ainsi que des méthodes de mesure.
vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 11665-3:2020(F)
Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Air:
radon 222 —
Partie 3:
Méthode de mesure ponctuelle de l'énergie alpha
potentielle volumique de ses descendants à vie courte
1 Domaine d’application

Le présent document décrit les méthodes de mesure ponctuelle destinées à déterminer l’activité

volumique des descendants à vie courte du radon-222 dans l’air et à calculer de l’énergie alpha

potentielle volumique.

Le présent document fournit des indications pour réaliser un mesurage ponctuel de l’énergie alpha

potentielle volumique avec un prélèvement effectué en un lieu donné pendant plusieurs minutes, et sur

les conditions d’utilisation des dispositifs de mesure.

La méthode de mesure décrite s’applique pour une évaluation rapide de l’énergie alpha potentielle

volumique. Le résultat obtenu ne peut pas être extrapolé à une estimation annuelle de l’énergie alpha

potentielle volumique des descendants à vie courte du radon-222. Par conséquent, ce type de mesurage

ne s’applique pas à l’évaluation de l’exposition annuelle ni à la détermination de l’opportunité de réduire

ou non l’exposition des citoyens au radon ou aux descendants du radon.

Cette méthode de mesure s’applique à des échantillons d’air ayant une énergie alpha potentielle

volumique supérieure à 5 nJ/m .

NOTE Le présent document ne couvre pas la contribution potentielle des descendants du radon-220.

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 11665-1, Mesurage de la radioactivité dans l'environnement — Air: radon 222 — Partie 1: Origine du

radon et de ses descendants à vie courte, et méthodes de mesure associées

ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais

IEC 61577-1, Instrumentation pour la radioprotection — Instruments de mesure du radon et des

descendants du radon — Partie 1: Règles générales

IEC 61577-3, Instrumentation pour la radioprotection — Instruments de mesure du radon et des

descendants du radon — Partie 3: Exigences spécifiques concernant les instruments de mesure des

descendants du radon
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 11665-1 s’appliquent.

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ISO 11665-3:2020(F)

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/
3.2 Symboles

Pour les besoins du présent document, les symboles donnés dans l’ISO 11665-1, ainsi que les suivants,

s’appliquent:
C activité volumique du nucléide i, en becquerels par mètre cube

E énergie de la particule alpha produite par la désintégration du nucléide i, en joules

AE,i

énergie totale des particules alpha potentiellement produites par le nucléide i, en joules

AEt,i
E énergie alpha potentielle du nucléide i, en joules
PAE,i
E énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre cube
PAEC,i

seuil de décision de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre cube

PAEC,i

limite de détection de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i, en joules par mètre cube

PAEC,i

limite basse de l’intervalle de confiance de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i,

PAEC,i
en joules par mètre cube

limite haute de l’intervalle de confiance de l’énergie alpha potentielle volumique du nucléide i,

PAEC,i
en joules par mètre cube
I nombre de coups bruts obtenu lors du j comptage entre les instants t et t
j j cj

I nombre de coups, dus au bruit de fond, obtenu lors du j comptage entre les instants t et t

0,j j cj

k coefficient relatif au nombre de coups bruts du descendant du radon i, obtenu lors du j comptage,

i,j

et dépendant des constantes de désintégration des descendants du radon, de la durée du

prélèvement, t , et des instants t et t , par seconde au carré
s j cj
N nombre d’atomes du nucléide i
n nombre de comptages en fonction du protocole de comptage alpha global utilisé
Q débit de prélèvement, en mètre cube par seconde
t instant de fin du comptage j, en secondes
t instant du début du comptage j, en secondes
t durée du prélèvement, en secondes
U incertitude élargie calculée par U = k⋅u( ) avec k = 2
u( ) incertitude-type associée au résultat du mesurage
u ( ) incertitude-type relative
rel
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ISO 11665-3:2020(F)
V volume prélevé, en mètre cube
ε efficacité de comptage, en impulsions par désintégration
λ constante de désintégration du nucléide i, par seconde
4 Principe de la méthode de mesure

Le mesurage ponctuel de l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à vie courte du

radon-222 est fondé sur:

a) le prélèvement ponctuel, à l’instant t, des descendants à vie courte du radon contenus dans un

volume d’air représentatif de l’atmosphère à étudier au moyen d’une membrane filtrante à haute

efficacité de collection;

b) des comptages alpha globaux, répétés, des descendants collectés en utilisant un détecteur sensible

aux particules alpha, l’étape de comptage démarre après l’arrêt du prélèvement;

c) le calcul de l’activité volumique des descendants du radon en appliquant les lois de désintégration

radioactive et les résultats de comptages réalisés sur une durée prédéfinie et répétés à différents

instants.

La méthode de comptage alpha global quantifie les particules alpha émises par les descendants à vie

222 218

courte du radon. La chaîne du descendant Rn montre que 99,98 % des désintégrations du Po

donnent lieu à l’émission de particules alpha, il peut donc être considéré comme un émetteur alpha pur.

214 214

Le Pb et le Bi ne sont pas des émetteurs alpha, mais ils contribuent à l’apparition de particules

214
alpha provenant de la désintégration du Po.

Après avoir prélevé l’échantillon d’air, l’activité alpha globale est mesurée pendant différentes

périodes de comptage. Du fait de la désintégration rapide des descendants du radon, la composition

isotopique d’un échantillon change rapidement pendant le prélèvement, mais aussi pendant les

périodes de comptage. Des mesurages répétés de l’activité alpha globale sont nécessaires pour décrire

la désintégration de l’échantillon afin de calculer les quantités des différents descendants initialement

collectés dans l’échantillon d’air.
222

NOTE Bien que le Rn et ses descendants se trouvent généralement dans des quantités plus élevées, les

échantillons de l’atmosphère ambiante peuvent également contenir une activité importante de radionucléides de

220

la chaîne de désintégration du Rn, ainsi que d’autres radionucléides à vie longue transportés dans l’air. Dans

ces cas, il convient d’adapter les formules et les modes opératoires indiqués dans la présente partie du document

pour tenir compte de ces radionucléides supplémentaires.
5 Équipement

L’appareillage doit comprendre un système de prélèvement et un système de détection composé d’un

détecteur relié à un système de comptage (voir Figure 1). Les dispositifs de mesure doivent être

conformes à l’IEC 61577-1 et à l’IEC 61577-3.
Le système de prélèvement doit comprendre les composants suivants:

a) un porte-filtre ouvert qui permet un retrait rapide et aisé du filtre après le prélèvement;

b) une pompe;

c) un filtre à air à haute efficacité de collection (filtre HEPA avec un rendement minimal de 99,97 %

pour une taille de particules de 0,3 µm);
d) un débitmètre et un chronomètre.
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ISO 11665-3:2020(F)
Des exemples de détecteurs possibles comprennent:

— un photomultiplicateur associé avec une surface sensible scintillante [par exemple en ZnS(Ag)];

— un semi-conducteur au silicium sensible aux particules alpha.

Le détecteur est connecté à un système de comptage des impulsions et doit présenter une surface

sensible de détection de diamètre au moins égal à celui de la membrane filtrante.

a) Système de prélèvement b) Système de détection
Légende
1 membrane filtrante
2 porte-filtre
3 support
4 débitmètre et chronomètre
5 pompe
6 système de comptage
7 détecteur

Figure 1 — Schéma fonctionnel d’un système de mesure ponctuelle de l’énergie alpha

potentielle volumique des descendants à vie courte du radon
6 Prélèvement
6.1 Généralités

Le prélèvement ponctuel est représentatif de l’énergie alpha potentielle volumique des descendants à

vie courte du radon-222 à un instant et à un endroit donnés.
6.2 Objectif du prélèvement

Le prélèvement a pour objectif de recueillir sans interruption tous les aérosols, quelle que soit leur taille

(fractions non attachées et attachées), porteurs des descendants à vie courte du radon contenus dans

l’air ambiant sur une période d’échantillonnage donnée (<1 h).
6.3 Caractéristiques du prélèvement

Les fractions non attachée et attachée des descendants à vie courte du radon doivent être prélevées sans

interruption dans l’atmosphère étudiée par pompage et filtration d’un volume d’air connu à travers une

membrane filtrante à haute efficacité de collection placée dans un porte-filtre ouvert. Le prélèvement

d’air doit être omnidirectionnel.

Pour pouvoir réaliser un comptage correct des particules alpha émises, le système de prélèvement doit

permettre un dépôt en surface des radionucléides sur le filtre et éviter l’enfouissement des aérosols.

4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 11665-3:2020(F)

Le système de prélèvement doit être utilisé dans des conditions qui évitent tout colmatage de la

membrane filtrante, qui conduirait soit à une auto-absorption des émissions alpha des particules

collectées sur le filtre, soit à une diminution du débit de prélèvement avec le temps.

6.4 Conditions du prélèvement
6.4.1 Généralités

Le prélèvement doit être effectué comme spécifié dans l’ISO 11665-1. Le lieu du prélèvement, ainsi que

la date et l’heure, doivent être consignés.
6.4.2 Installation du système de prélèvement

L’installation du système de prélèvement doit être effectuée comme spécifié dans l’ISO 11665-1.

6.4.3 Durée du prélèvement
218

En raison des courtes périodes des descendants du radon-222, notamment du Po, il convient que

la durée du prélèvement soit généralement inférieure ou égale à 20 min. Un prélèvement plus long

n’améliorerait pas la limite de détection de la méthode.
6.4.4 Volume d’air prélevé

Le volume d’air prélevé doit être déterminé par un mesurage continu du débit pendant le prélèvement

avec un système étalonné (par exemple une buse sonique) (voir IEC 61577-3).
7 Méthode de détection

La détection doit être effectuée par scintillation du sulfure de zinc activé à l’argent ZnS(Ag) ou en

utilisant un semi-conducteur (détection alpha) conformément à l’ISO 11665-1.
8 Mesurage
8.1 Mode opératoire
Le mesurage doit être effectué comme suit:
a) choisir la durée du prélèvement, t ;

b) planifier la phase de comptage avec n comptages, puis choisir l’instant de début, t , et l’instant de fin,

t , du comptage pour chaque nombre de coups, I . Organiser les différentes séquences de comptage

cj j

de j = 1 à j = n. Un temps d’attente spécifique peut être nécessaire avant une séquence de comptage;

NOTE Des exemples de protocoles de comptage alpha global sont donnés dans l’Annexe A. La méthode

de mesure utilisant un comptage alpha global selon la méthode de Thomas est décrite en détail à l’Annexe C.

c) installer le système de détection (détecteur et système de comptage d’impulsions);

d) déterminer le niveau de bruit de fond de la membrane filtrante. Avant de procéder au prélèvement,

positionner la membrane vierge face au détecteur conformément aux recommandations du

fabricant. Mesurer la membrane vierge par n comptages alpha globaux successifs pendant les

durées de comptage spécifiques, t − t , selon les phases de comptage sélectionnées:

cj j
1) t = 0 à t = t attendre, ne pas compter si t > 0;
1 1
2) t = t à t = t effectuer le comptage I ;
1 c1 0,1
3) t = t à t = t attendre, ne pas compter si t > t ;
cj−1 j j cj−1
© ISO 2020 – Tous
...

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