ISO 80000-10:2019
(Main)Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
This document gives names, symbols, definitions and units for quantities used in atomic and nuclear physics. Where appropriate, conversion factors are also given.
Grandeurs et unités — Partie 10: Physique atomique et nucléaire
Le présent document donne les noms, les symboles, les définitions et les unités des grandeurs utilisées en physique atomique et nucléaire. Des facteurs de conversion sont également indiqués, s'il y a lieu.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 80000-10
Second edition
2019-08
Quantities and units —
Part 10:
Atomic and nuclear physics
Grandeurs et unités —
Partie 10: Physique atomique et nucléaire
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
Bibliography .41
Alphabetical index .42
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.o rg/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www. iso
.org/iso/foreword. html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 12, Quantities and units, in collaboration
with Technical Committee IEC/TC 25, Quantities and units.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 80000-10:2009), which has been
technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the table giving the quantities and units has been simplified;
— some definitions and the remarks have been stated physically more precisely;
— definitions in this document have been brought in line with their equivalent ones in ICRU 85a.
A list of all parts in the ISO 80000 and IEC 80000 series can be found on the ISO and IEC websites.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www. iso. org/members. html.
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Introduction
0 Special remarks
0.1 Quantities
Numerical values of physical constants in this document are quoted in the consistent values of the
fundamental physical constants published in CODATA recommended values. The indicated values are
the last known before publication. The user is advised to refer to the CODATA website for the latest
values, https: //physics .nist .gov/cuu/Constants/index .html.
h
The symbol is the reduced Planck constant, it is equal to , where h is the Planck constant.
2π
0.2 Special units
1 eV is the energy acquired by an electron in passing a potential difference of 1 V in vacuum.
0.3 Stochastic and non-stochastic quantities
Differences between results from repeated observations are common in physics. These can arise
from imperfect measurement systems, or from the fact that many physical phenomena are subject to
inherent fluctuations. Quantum-mechanical issues aside, one often needs to distinguish between a
stochastic quantity, the values of which follow a probability distribution, and a non-stochastic quantity
with its unique, expected value (expectation) of such distributions. In many instances the distinction
is not significant because the probability distribution is very narrow. For example, the measurement
of an electric current commonly involves so many electrons that fluctuations contribute negligibly to
inaccuracy in the measurement. However, as the limit of zero electric current is approached, fluctuations
can become manifest. This case, of course, requires a more careful measurement procedure, but perhaps
more importantly illustrates that the significance of stochastic variations of a quantity can depend on
the magnitude of the quantity. Similar considerations apply to ionizing radiation; fluctuations can play
a significant role, and in some cases need to be considered explicitly. Stochastic quantities, such as
the energy imparted and the specific energy imparted (item 10-81.2) but also the number of particle
traversals across microscopic target regions and their probability distributions, have been introduced
as they describe the discontinuous nature of the ionizing radiations as a determinant of radiochemical
and radiobiological effects. In radiation applications involving large numbers of ionizing particles, e.g. in
medicine, radiation protection and materials testing and processing, these fluctuations are adequately
represented by the expected values of the probability distributions. “Non-stochastic quantities” such
as particle fluence (item 10-43), absorbed dose (item 10-81.1) and kerma (item 10-86.1) are based on
these expected values.
This document contains definitions based on a differential quotient of the type dA/dB in which the
quantity A is of a stochastic nature, a situation common in ionizing radiation metrology. In these cases,
quantity A is understood as the expected or mean value whose element ΔA falls into element ΔB. The
differential quotient dA/dB is the limit value of the difference quotient ΔA/ΔB for ΔB → 0. In the remarks
of the definitions falling in this category, a reference to this paragraph is made.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 80000-10:2019(E)
Quantities and units —
Part 10:
Atomic and nuclear physics
1 Scope
This document gives names, symbols, definitions and units for quantities used in atomic and nuclear
physics. Where appropriate, conversion factors are also given.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
The names, symbols, and definitions for quantities and units used in atomic and nuclear physics are
given in Table 1.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
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Table 1 — Quantities and units used in atomic and nuclear physics
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-1.1 atomic number, Z number of protons in an atomic nucleus 1 A nuclide is a species of atom with speci-
fied numbers of protons and neutrons.
proton number
Nuclides with the same value of Z but
different values of N are called isotopes
of an element.
The ordinal number of an element in
the periodic table is equal to the atom-
ic number.
The atomic number equals the quo-
tient of the charge (IEC 80000-6) of
the nucleus and the elementary charge
(ISO 80000-1).
10-1.2 neutron number N number of neutrons in an atomic nucleus 1 Nuclides with the same value of N but
different values of Z are called isotones.
N – Z is called the neutron excess number.
10-1.3 nucleon number, A number of nucleons in an atomic nucleus 1 A = Z + N
mass number Nuclides with the same value of A are
called isobars.
10-2 rest mass, m(X) for particle X, mass (ISO 80000-4) of that particle at rest in kg EXAMPLE
an inertial frame
proper mass m u m(H O) for a water molecule, m for an
X 2 e
electron.
Da
Rest mass is often denoted m .
1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
ground state.
1 Da = 1 u
10-3 rest energy E energy E (ISO 80000-5) of a particle at rest: J
0 0
N m
Em= c
00 0
2 −2
kg m s
where
m is the rest mass (item 10-2) of that particle, and
c is speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-4.1 atomic mass m(X) rest mass (item 10-2) of an atom X in the ground state kg
m(X)
is called the relative atomic mass.
m u
X
m
u
Da
1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
ground state.
1 Da = 1 u
10-4.2 nuclidic mass m(X) rest mass (item 10-2) of a nuclide X in the ground state kg 1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
m u
X
ground state.
Da
1 Da = 1 u
10-4.3 unified atomic mass m 1/12 of the mass (ISO 80000-4) of an atom of the nuclide kg 1 u is equal to 1/12 times the mass of a
u
constant C in the ground state at rest free carbon 12 atom, at rest and in its
u
ground state.
Da
1 Da = 1 u
10-5.1 elementary charge e one of the fundamental constants in the SI system C
(ISO 80000-1), equal to the charge of the proton and oppo-
s A
site to the charge of the electron
10-5.2 charge number, c for a particle, quotient of the electric charge (IEC 80000-6) 1 A particle is said to be electrically neu-
and the elementary charge (ISO 80000-1) tral if its charge number is equal to zero.
ionization number
The charge number of a particle can be
positive, negative, or zero.
The state of charge of a particle may be
presented as a superscript to the symbol
of that particle, e.g.
+ ++ 3+ - -- 3-
H , He , Al , Cl , S , N .
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-6 Bohr radius a radius (ISO 80000-3) of the electron orbital in the hydro- m The radius of the electron orbital in the
gen atom in its ground state in the Bohr model of the atom: H atom in its ground state is a in the
Å
Bohr model of the atom.
4πε
−10
ångström (Å), 1 Å: = 10 m
a =
me
e
where
ε is the electric constant (IEC 80000-6),
is the reduced Planck constant (ISO 80000-1),
m is the rest mass (item 10-2) of electron, and
e
e is the elementary charge (ISO 80000-1)
−1
10-7 Rydberg constant R spectroscopic constant that determines the wave numbers m The quantity R = R hc is called the
∞ y ∞ 0
of the lines in the spectrum of hydrogen: Rydberg energy.
e
R =
∞
8πε ahc
00 0
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
ε is the electric constant (IEC 80000-6),
a is the Bohr radius (item 10-6),
h is the Planck constant (ISO 80000-1), and
c is the speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-8 Hartree energy E energy (ISO 80000-5) of the electron in a hydrogen atom eV The energy of the electron in an H atom
H
in its ground state: J in its ground state is E .
H
E
h 2 −2
kg m s
e
E =
H
4πε a
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
ε is the electric constant (IEC 80000-6), and
a is the Bohr radius (item 10-6)
10-9.1 magnetic dipole μ for a particle, vector (ISO 80000-2) quantity causing a m A For an atom or nucleus, this energy is
moment change to its energy (ISO 80000-5) ΔW in an external mag- quantized and can be written as:
netic field of field flux density B (IEC 80000-6):
W = g μ M B
x
ΔW = −μ · B
where
g is the appropriate g factor (item 10-
14.1 or item 10-14.2), μ is mostly the
x
Bohr magneton or nuclear magneton
(item 10-9.2 or item 10-9.3), M
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 80000-10
Deuxième édition
2019-08
Grandeurs et unités —
Partie 10:
Physique atomique et nucléaire
Quantities and units —
Part 10: Atomic and nuclear physics
Numéro de référence
©
ISO 2019
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
Bibliographie .40
Index alphabétique.41
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 12, Grandeurs et unités, en
collaboration avec le comité d’études IEC/TC 25, Grandeurs et unités.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 80000-10:2009), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— le tableau donnant les grandeurs et les unités a été simplifié;
— certaines définitions et les remarques ont été énoncées physiquement de manière plus précise;
— les définitions du présent document ont été alignées sur les définitions équivalentes de l’ICRU 85a.
Une liste de toutes les parties des séries ISO 80000 et IEC 80000 se trouve sur les sites de l’ISO et de l’IEC.
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
0 Remarques particulières
0.1 Grandeurs
Les valeurs numériques des constantes physiques données dans le présent document sont reprises des
valeurs cohérentes des constantes physiques fondamentales publiées dans «CODATA recommended
values». Les valeurs indiquées sont les dernières connues avant la publication. Il est conseillé à
l’utilisateur de se reporter au site Web de CODATA pour obtenir les valeurs les plus récentes, https://
physics .nist .gov/ cuu/ Constants/ index .html.
h
Le symbole représente la constante de Planck réduite; elle est égale à , où h est la constante
2π
de Planck.
0.2 Unités spéciales
1 eV est l’énergie cinétique obtenue par un électron sous l’effet d’une différence de potentiel de 1 V dans
le vide.
0.3 Grandeurs stochastiques et non stochastiques
Des différences entre les résultats obtenus lors d’observations répétées sont courantes en physique.
Elles peuvent être dues à des systèmes de mesure imparfaits ou au fait que de nombreux phénomènes
physiques sont sujets à des fluctuations intrinsèques. En dehors des problèmes de mécanique quantique,
on doit souvent faire la distinction entre une grandeur stochastique, dont les valeurs suivent une loi
de probabilité, et une grandeur non stochastique dont la valeur unique est l’espérance mathématique
d’une telle loi de probabilité. Dans de nombreux cas, la distinction n’est pas significative car la loi de
probabilité est très étroite. Par exemple, la mesure d’un courant électrique implique généralement
tellement d’électrons que les fluctuations contribuent de façon négligeable à l’inexactitude de la mesure.
Toutefois, lorsque l’on s’approche de la limite d’un courant électrique nul, les fluctuations peuvent
devenir manifestes. Ce cas nécessite bien sûr une procédure de mesure plus soigneuse, mais montre
surtout que l’importance des variations stochastiques d’une grandeur peut dépendre de la valeur de
la grandeur. Des considérations similaires s’appliquent aux rayonnements ionisants; les fluctuations
peuvent jouer un rôle important et, dans certains cas, doivent être prises en compte de manière
explicite. Des grandeurs stochastiques telles que l’énergie communiquée et l’énergie communiquée
massique (10-81.2), mais aussi le nombre de traversées de régions cibles microscopiques par une
particule et les lois de probabilité associées, ont été introduites car elles décrivent comment la nature
discontinue des rayonnements ionisants détermine des effets radiochimiques et radiobiologiques. Dans
les applications des rayonnements impliquant de grands nombres de particules ionisantes, par exemple
en médecine, en radioprotection et dans les essais et traitements des matériaux, ces fluctuations
sont représentées de façon adéquate par les espérances mathématiques des lois de probabilité. Les
«grandeurs non stochastiques», telles que la fluence de particules (10-43), la dose absorbée (10-81.1) et
le kerma (10-86.1) sont basées sur ces espérances mathématiques.
Le présent document contient des définitions basées sur un quotient différentiel du type dA/dB dans
lequel la grandeur A est de type stochastique, ce qui est une situation courante en métrologie des
rayonnements ionisants. Dans ces cas, la grandeur A est considérée comme l’espérance mathématique
ou la valeur moyenne pour laquelle l’élément ΔA se situe dans l’élément ΔB. Le quotient différentiel dA/
dB est la valeur limite du quotient de différences ΔA/ΔB pour ΔB → 0. Dans les remarques des définitions
appartenant à cette catégorie, il est fait référence au présent paragraphe.
NORME INTERNATIONALE ISO 80000-10:2019(F)
Grandeurs et unités —
Partie 10:
Physique atomique et nucléaire
1 Domaine d’application
Le présent document donne les noms, les symboles, les définitions et les unités des grandeurs utilisées
en physique atomique et nucléaire. Des facteurs de conversion sont également indiqués, s’il y a lieu.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Les noms, symboles et définitions des grandeurs et unités de physique atomique et nucléaire sont
donnés dans le Tableau 1.
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/ .
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Tableau 1 — Grandeurs et unités utilisées en physique atomique et nucléaire
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-1.1 numéro atomique, m Z nombre de protons d’un noyau atomique 1 Un nucléide est une espèce d’atome ayant des
nombres spécifiés de protons et de neutrons.
nombre de protons, m
Les nucléides ayant la même valeur de Z mais
différentes valeurs de N sont appelés isotopes
d’un élément.
Le nombre ordinal d’un élément dans la
classification périodique est égal au numéro
atomique.
Le numéro atomique est égal au quotient de la
charge (IEC 80000-6) du noyau par la charge
élémentaire (ISO 80000-1).
10-1.2 nombre de neutrons, m N nombre de neutrons d’un noyau atomique 1 Les nucléides ayant la même valeur de N mais
différentes valeurs de Z sont appelés isotones.
N – Z est appelé excès de neutrons.
10-1.3 nombre de nucléons, m A nombre de nucléons d’un noyau atomique 1 A = Z + N
nombre de masse, m Les nucléides ayant la même valeur de A sont
appelés isobares.
10-2 masse au repos, f m(X) pour une particule X, masse (ISO 80000-4) de cette kg EXEMPLE
particule au repos dans un référentiel inertiel
masse propre, f m u m(H O) pour une molécule d’eau, m pour un
X 2 e
électron.
Da
La masse au repos est souvent notée m .
1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
libre de carbone 12, au repos et dans son état
fondamental.
1 Da = 1 u
10-3 énergie au repos, f E énergie E (ISO 80000-5) d’une particule au repos: J
0 0
N m
Em= c
00 0
2 −2
kg m s
où
m est la masse au repos (10-2) de cette particule; et
c est la vitesse de la lumière dans le vide
(ISO 80000-1)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-4.1 masse atomique, f m(X) masse au repos (10-2) d’un atome X dans l’état fon- kg
m X)
(
est appelé masse atomique relative.
damental
m
m u
u
X
1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
Da
libre de carbone 12, au repos et dans son état
fondamental.
1 Da = 1 u
10-4.2 masse nucléidique, f m(X) masse au repos (10-2) d’un nucléide X dans l’état fon- kg 1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
damental libre de carbone 12, au repos et dans son état
m u
X
fondamental.
Da
1 Da = 1 u
10-4.3 constante unifiée de m 1/12 de la masse (ISO 80000-4) d’un atome du kg 1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
u
masse atomique, f nucléide C au repos dans l’état fondamental libre de carbone 12, au repos et dans son état
u
fondamental.
Da
1 Da = 1 u
10-5.1 charge élémentaire, f e l’une des constantes fondamentales du système SI C
(ISO 80000-1), égale à la charge du proton et opposée à
s A
la charge de l’électron
10-5.2 nombre de charge, m c pour une particule, quotient de la charge électrique 1 Une particule est dite neutre si son nombre de
(IEC 80000-6) par la charge élémentaire (ISO 80000-1) charge est égal à zéro.
charge ionique, f
Le nombre de charge d’une particule peut être
positif, négatif ou nul.
L’état de charge d’une particule peut être pré-
senté comme un exposant au symbole de cette
particule, par exemple:
+ ++ 3+ - -- 3-
H , He , Al , Cl , S , N .
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-6 rayon de Bohr, m a rayon (ISO 80000-3) de l’orbitale électronique dans m Le rayon de l’orbitale électronique dans
l’atome d’hydrogène dans son état fondamental dans le l’atome H dans son état fondamental est a
Å
modèle de Bohr de l’atome: dans le modèle de Bohr de l’atome.
−10
ångström (Å), 1 Å: = 10 m
4πε
a =
me
e
où
ε est la constante électrique (IEC 80000-6);
est la constante de Planck réduite (ISO 80000-1);
m est la masse au repos (10-2) de l’électron; et
e
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1)
−1
10-7 constante de Rydberg, f R constante spectroscopique qui
...
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