ISO 20785-2:2020
(Main)Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft — Part 2: Characterization of instrument response
Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft — Part 2: Characterization of instrument response
This document specifies methods and procedures for characterizing the responses of devices used for the determination of ambient dose equivalent for the evaluation of exposure to cosmic radiation in civilian aircraft. The methods and procedures are intended to be understood as minimum requirements.
Dosimétrie pour l'exposition au rayonnement cosmique à bord d'un avion civil — Partie 2: Caractérisation de la réponse des instruments
Le présent document spécifie les méthodes et les modes opératoires permettant de caractériser les réponses des dispositifs utilisés pour déterminer l'équivalent de dose ambiant en vue de l'évaluation de l'exposition au rayonnement cosmique à bord d'un avion. Les méthodes et les modes opératoires doivent être considérés comme des exigences minimales.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20785-2
Second edition
2020-07
Dosimetry for exposures to cosmic
radiation in civilian aircraft —
Part 2:
Characterization of instrument
response
Dosimétrie pour l'exposition au rayonnement cosmique à bord d'un
avion civil —
Partie 2: Caractérisation de la réponse des instruments
Reference number
©
ISO 2020
© 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.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 General terms . 1
3.2 Terms related to quantities and units . 5
3.3 Atmospheric radiation field . 7
4 General considerations . 8
4.1 The cosmic radiation field in the atmosphere . 8
4.2 General considerations for the dosimetry of the cosmic radiation field in aircraft
and requirements for the characterization of instrument response . 9
4.3 General considerations for measurements at aviation altitudes .10
5 Calibration fields and procedures .12
5.1 General considerations .12
5.2 Characterization of an instrument .14
5.2.1 Determination of the dosimetric characteristics of an instrument .14
5.2.2 Reference radiation fields .16
5.2.3 Scattered radiation . .16
5.2.4 Effect of other types of radiation .16
5.2.5 Requirements for characterization in non-reference conditions .17
5.2.6 Use of numerical simulations .17
5.3 Instrument-related software .17
5.3.1 Software development procedures .17
5.3.2 Software testing .18
5.3.3 Data analysis using spreadsheets .18
6 Uncertainties .18
7 Remarks on performance tests .18
Annex A (informative) Representative particle fluence energy distributions for the cosmic
radiation field at flight altitudes for solar minimum and maximum conditions and
for minimum and maximum vertical cut-off rigidity .19
Annex B (informative) Radiation fields recommended for use in calibrations .25
Annex C (informative) Comparison measurements .29
Annex D (informative) Charged-particle irradiation facilities .31
Bibliography .32
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 WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
For an explanation on 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, Radiation protection.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 20785-2:2011), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— revision of the definitions of the terms;
— updated references.
A list of all the parts in the ISO 20785 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
Introduction
Aircraft crews are exposed to elevated levels of cosmic radiation of galactic and solar origin and
secondary radiation produced in the atmosphere, the aircraft structure and its contents. Following
[1]
recommendations of the International Commission on Radiological Protection in Publication 60 ,
[2]
confirmed by Publication 103 , the European Union (EU) introduced a revised Basic Safety Standards
[3] [4]
Directive and International Atomic Energy Agency (IAEA) issued a revised Basic Safety Standards.
Those standards included exposure to natural sources of ionizing radiation, including cosmic radiation,
as occupational exposure. The EU Directive requires account to be taken of the exposure of aircraft crew
liable to receive more than 1 mSv per year. It then identifies the following four protection measures:
a) to assess the exposure of the crew concerned;
b) to take into account the assessed exposure when organizing working schedules with a view to
reducing the doses of highly exposed crew;
c) to inform the workers concerned of the health risks their work involves; and
d) to apply the same special protection during pregnancy to female crew in respect of the “child to be
born” as to other female workers.
The EU Council Directive has already been incorporated into laws and regulations of EU member
states and is being included in the aviation safety standards and procedures of the European Air Safety
Agency. Other countries, such as Canada and Japan, have issued advisories to their airline industries to
manage aircraft crew exposure.
For regulatory and legislative purposes, the radiation protection quantities of interest are the
equivalent dose (to the foetus) and the effective dose. The cosmic radiation exposure of the body is
essentially uniform, and the maternal abdomen provides no effective shielding to the foetus. As a result,
the magnitude of equivalent dose to the foetus can be put equal to that of the effective dose received
by the mother. Doses on board aircraft are generally predictable, and events comparable to unplanned
exposure in other radiological workplaces cannot normally occur (with the rare exceptions of extremely
intense and energetic solar particle events). Personal dosimeters for routine use are not considered
necessary. The preferred approach for the assessment of doses of aircraft crew, where necessary, is to
calculate directly the effective dose per unit time, as a function of geographic location, altitude and solar
cycle phase, and to combine these values with flight and staff roster information to obtain estimates of
[5] [6]
effective doses for individuals. This approach is supported by the ICRP in Publications 75 and 132
and in guidance from the European Commission.
The role of calculations in this procedure is unique in routine radiation protection, and it is widely
[7]
accepted that the calculated doses should be validated by measurement . Effective dose is not directly
measurable. The operational quantity of interest is the ambient dose equivalent, H*(10). In order to
validate the assessed doses obtained in terms of effective dose, calculations can be made of ambient
dose equivalent rates or route doses in terms of ambient dose equivalent, and values of this quantity
determined by measurements traceable to national standards and taking instrument responses and
related uncertainties properly into account. The validation of calculations of ambient dose equivalent
for a particular calculation method may be taken as a validation of the calculation of effective dose by
the same computer code, but this step in the process might need to be confirmed. The alternative is to
establish, a priori, that the operational quantity ambient dose equivalent is a good estimator of effective
dose and equivalent dose to the foetus for the radiation fields being considered, in the same way that
the use of the operational quantity personal dose equivalent is justified for the estimation of effective
dose for ground-based radiation workers.
The radiation field in aircraft at altitude is complex, with many types of ionizing radiation present,
with energies ranging up to many GeV. The instrument response to particles and energies of the
atmospheric radiation field that are not covered by reference fields are carefully taken into account in
the evaluation of measurement results. While, in many cases, the methods used for the determination
of ambient dose equivalent in aircraft are similar to those used at high-energy accelerators in
research laboratories. Therefore, it is possible to recommend dosimetric methods and methods for
the calibration of dosimetric devices, as well as the techniques for maintaining the traceability of
dosimetric measurements to national standards. Dosimetric measurements made to evaluate ambient
dose equivalent should be performed using accurate and reliable methods that ensure the quality of
readings provided to workers and regulatory authorities. The purpose of this document is to specify
procedures for the determination of the responses of instruments in different reference radiation
fields, as a basis for proper characterization of instruments used for the determination of ambient dose
equivalent in aircraft at altitude.
Requirements for the determination and recording of the cosmic radiation exposure of aircraft crew have
been introduced into the national legislation of EU member states and other countries. Harmonization
of methods used for determining ambient dose equivalent and for calibrating instruments is desirable
to ensure the compatibility of measurements performed with such instruments.
This document is intended for the use of primary and secondary calibration laboratories for ionizing
radiation, by radiation protection personnel employed by governmental agencies, and by industrial
corporations concerned with the determination of ambient dose equivalent for aircraft crew.
vi © ISO 2020 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20785-2:2020(E)
Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian
aircraft —
Part 2:
Characterization of instrument response
1 Scope
This document specifies methods and procedures for characterizing the responses of devices used
for the determination of ambient dose equivalent for the evaluation of exposure to cosmic radiation in
civilian aircraft. The methods and procedures are intended to be understood as minimum requirements.
2 Normative references
The following five 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/IEC Guide 98-1, Uncertainty of measurement — Part 1: Introduction to the expression of uncertainty
in measurement
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
me a s ur ement (GUM: 1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions 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 General terms
3.1.1
angle of radiation incidence
α
angle between the direction of radiation incidence and the reference direction of the instrument
3.1.2
calibration
operation that, under specified conditions, establishes a relation between the conventional quantity,
H , and the indication, G
Note 1 to entry: A calibration can be expressed by a statement, calibration function, calibration diagram,
calibration curve or calibration table. In some cases, it can consist of an additive or multiplicative correction of
the indication with associated measurement uncertainty.
Note 2 to entry: It is important not to confuse calibration with adjustment of a measuring system, often
mistakenly called “self-calibration”, or with verification of calibration.
3.1.3
calibration coefficient
N
coeff
quotient of the conventional quantity value to be measured and the corrected indication of the
instrument
Note 1 to entry: The calibration coefficient is equivalent to the calibration factor multiplied by the instrument
constant.
Note 2 to entry: The reciprocal of the calibration coefficient, N , is the response.
coeff
Note 3 to entry: For the calibration of some instruments, e.g. ionization chambers, the instrument constant and
the calibration factor are not identified separately but are applied together as the calibration coefficient.
Note 4 to entry: It is necessary, in order to avoid confusion, to state the quantity to be measured, for example:
the calibration coefficient with respect to fluence, N , the calibration coefficient with respect to kerma, N , the
Φ K
calibration coefficient with respect to absorbed dose, N .
D
3.1.4
calibration factor
N
fact
factor by which the product of the corrected indication and the associated instrument constant of the
instrument is multiplied to obtain the conventional quantity value to be measured under reference
conditions
Note 1 to entry: The calibration factor is dimensionless.
Note 2 to entry: The corrected indication is the indication of the instrument corrected for the effect of influence
quantities, where applicable.
Note 3 to entry: The value of the calibration factor can vary with the magnitude of the quantity to be measured.
In such cases, a detector assembly is said to have a non-constant response.
3.1.5
measured quantity value
measured value of a quantity
measured value
M
quantity value representing a measurement result
Note 1 to entry: For a measurement involving replicate indications, each indication can be used to provide a
corresponding measured quantity value. This set of measured quantity values can be used to calculate a
resulting measured quantity value, such as an average or a median value, usually with a decreased associated
measurement uncertainty.
Note 2 to entry: When the range of the true quantity values believed to represent the measurand is small
compared with the measurement uncertainty, a measured quantity value can be considered to be an estimate
of an essentially unique true quantity value and is often an average or a median of individual measured quantity
values obtained through replicate measurements.
Note 3 to entry: In the case where the range of the true quantity values believed to represent the measurand is
not small compared with the measurement uncertainty, a measured value is often an estimate of an average or a
median of the set of true quantity values.
Note 4 to entry: In ISO/IEC Guide 98-3:2008, the terms “result of measurement” and “estimate of the value of the
measurand” or just “estimate of the measurand” are used for “measured quantity value”.
2 © ISO 2020 – All rights reserved
3.1.6
conventional quantity value
conventional value of a quantity
conventional value
H
quantity value attributed by agreement to a quantity for a given purpose
Note 1 to entry: The term “conventional true quantity value” is sometimes used for this concept, but its use is
discouraged.
Note 2 to entry: Sometimes, a conventional quantity value is an estimate of a true quantity value.
Note 3 to entry: A conventional quantity value is generally accepted as being associated with a suitably small
measurement uncertainty, which might be zero.
[8][9][10]
Note 4 to entry: In ISO 20785 series , the conventional quantity value is the best estimate of the value of
the quantity to be measured, determined by a primary or a secondary standard which is traceable to a primary
standard.
3.1.7
correction factor
k
factor applied to the indication (3.1.9) to correct for deviation of measurement conditions from reference
conditions
Note 1 to entry: If the correction of the effect of the deviation of an influence quantity requires a factor, the
influence quantity is of type F.
3.1.8
correction summand
G
S
summand applied to the indication (3.1.9) to correct for the zero indication or the deviation of the
measurement conditions from the reference conditions
Note 1 to entry: If the correction of the effect of the deviation of an influence quantity requires a summand, the
influence quantity is of type S.
3.1.9
indication
G
quantity value provided by a measuring instrument or a measuring system
Note 1 to entry: An indication can be presented in visual or acoustic form or can be transferred to another device.
An indication is often given by the position of a pointer on the display for analogue outputs, a displayed or printed
number for digital outputs, a code pattern for code outputs, or an assigned quantity value for material measures.
Note 2 to entry: An indication and a corresponding value of the quantity being measured are not necessarily
values of quantities of the same kind.
3.1.10
influence quantity
quantity that, in a direct measurement, does not affect the quantity that is actually measured, but
affects the relation between the indication (3.1.9) and the measurement result
Note 1 to entry: An indirect measurement involves a combination of direct measurements, each of which can be
affected by influence quantities.
Note 2 to entry: In ISO/IEC Guide 98-3:2008, the concept “influence quantity” is defined as
[11]
in ISO/IEC Guide 99:2007 , covering not only the quantities affecting the measuring system, as in the definition
above, but also those quantities that affect the quantities actually measured. Also, in ISO/IEC Guide 98-3, this
concept is not restricted to direct measurements.
Note 3 to entry: The correction of the effect of the influence quantity can require a correction factor (for an
influence quantity of type F) and/or a correction summand (for an influence quantity of type S) to be applied to
the indication of the detector assembly, e.g. in the case of microphonic or electromagnetic disturbance.
EXAMPLE The indication given by an unsealed ionization chamber is influenced by the temperature
and pressure of the surrounding atmosphere. Although needed for determining the value of the dose, the
measurement of these two quantities is not the primary objective.
3.1.11
instrument constant
c
i
quantity value by which the indication (3.1.9) of the instrument, G (or, if corrections or normalization
were carried out, G ), is multiplied to give the value of the measurand or of a quantity to be used to
corr
calculate the value of the measurand
Note 1 to entry: If the instrument's indication is already expressed in the same units as the measurand, as is
the case with area dosemeters, for instance, the instrument constant, c , is dimensionless. In such cases, the
i
calibration factor and the calibration coefficient (3.1.3) can be the same. Otherwise, if the indication of the
instrument has to be converted to the same units as the measurand, the instrument constant has a dimension.
3.1.12
measurand
quantity intended to be measured
3.1.13
primary measurement standard
primary standard
measurement standard established using a primary reference measurement procedure or created as
an artefact, chosen by convention
Note 1 to entry: A primary standard has the highest metrological quality in a given field.
3.1.14
quantity value
number and reference together expressing the magnitude of a quantity
Note 1 to entry: A quantity value is either a product of a number and a measurement unit (the unit “one” is
generally not indicated for quantities of dimension “one”) or a number and a reference to a measurement
procedure.
3.1.15
reference conditions
conditions of use prescribed for testing the performance of a detector assembly or for comparing the
results of measurements
Note 1 to entry: The reference conditions represent the values of the set of influence quantities for which the
calibration result is valid without any correction.
Note 2 to entry: The value of the measurand can be chosen freely in agreement with the properties of the
detector assembly to be calibrated. The quantity to be measured is not an influence quantity but can influence
the calibration result and the response (see also Note 1 to entry).
3.1.16
response
response characteristic
R
quotient of the indication, G, or the corrected indication, G , and the conventional quantity value to be
corr
measured
Note 1 to entry: To avoid confusion, it is necessary to specify which of the quotients given in the definition of the
response (that for the indication, G or G ) is applied. Furthermore, it is necessary, in order to avoid confusion,
corr
to state the quantity to be measured, for example the response with respect to fluence, R , the response with
Φ
respect to kerma, R or the response with respect to absorbed dose, R .
K D
4 © ISO 2020 – All rights reserved
Note 2 to entry: The reciprocal of the response under the specified conditions is equal to the calibration
coefficient, N .
coeff
Note 3 to entry: The value of the response can vary with the magnitude of the quantity to be measured. In such
cases, the detector assembly's response is said to be non-constant.
Note 4 to entry: The response usually varies with the energy and direction distribution of the incident radiation.
It is therefore useful to consider the response as a function, R(E,Ω), of the radiation energy, E, and the direction,
Ω , of the incident monodirectional radiation. R(E) describes the “energy dependence” and R(Ω) the “angle
dependence” of the response; for the latter, Ω may be expressed by the angle, α, between the reference direction
of the detector assembly and the direction of an external monodirectional field.
3.2 Terms related to quantities and units
[12]
Most of the definitions in this subclause have been adapted from ISO 80000-10:2019 and ICRU
[13] [14]
Reports 36 and 51 .
3.2.1
particle fluence
fluence
Φ
number, dN, at a given point in space, of particles incident on a small spherical domain, divided by the
cross-sectional area, da, of that domain:
dN
Φ=
da
−2 −2
Note 1 to entry: The unit of the fluence is m ; a frequently used unit is cm .
Note 2 to entry: The energy distribution of the particle fluence, Φ , is the quotient, dΦ, by dE, where dΦ is the
E
fluence of particles of energy between E and E+dE. There is an analogous definition for the direction distribution,
Φ , of the particle fluence. The complete representation of the double differential particle fluence can be written
Ω
(with arguments) Φ (E,Ω), where the subscripts characterize the variables (quantities) for differentiation and
E,Ω
where the symbols in the brackets describe the values of the variables. The values in the brackets are needed for
special function values, e.g. the energy distribution of the particle fluence at energy E = E is written as Φ (E ). If
0 E 0
no special values are indicated, the brackets may be omitted.
3.2.2
particle fluence rate
fluence rate
Φ
rate of the particle fluence (3.2.1) expressed as
dΦ d N
Φ ==
dt ddat⋅
where dΦ is the increment of the particle fluence during an infinitesimal time interval of duration dt
–2 –1 –2 –1
Note 1 to entry: The base unit of the fluence rate is m ⋅s ; a frequently used unit is cm ⋅s .
3.2.3
kerma
K
for indirectly ionizing (uncharged) particles, the sum of the initial kinetic energies, dE , of all the
tr
charged ionizing particles liberated by uncharged ionizing particles in an element of matter, divided by
the mass, dm, of that element:
dE
tr
K=
dm
Note 1 to entry: The quantity dE includes the kinetic energy of the charged particles emitted in the decay of
tr
excited atoms or molecules or nuclei.
–1
Note 2 to entry: The unit of kerma is J⋅kg , with the special name gray (Gy).
3.2.4
dose equivalent
H
at the point of interest in tissue,
H = DQ
where D is the absorbed dose and Q is the quality factor at that point
Note 1 to entry: Q is determined by the unrestricted linear energy transfer, L (often denoted by L or LET), of
∞
charged particles passing through a small volume element (domain) at this point (the value of L is given for
∞
charged particles in water, not in tissue; the difference, however, is small). The dose equivalent at a point in tissue
is then given by:
∞
HQ= ()LD dL
L
∫
L=0
where D (= dD/dL) is the distribution in terms of L of the absorbed dose at the point of interest.
L
[2]
Note 2 to entry: The relationship between Q and L is given in ICRP Publication 103 .
–1
Note 3 to entry: The unit of dose equivalent is J⋅kg , with the special name sievert (Sv).
3.2.5
ambient dose equivalent
H*(10)
dose equivalent, at a point in a radiation field, that would be produced by the corresponding expanded and
aligned field in the ICRU sphere at 10 mm depth on the radius opposing the direction of the aligned field
–1
Note 1 to entry: The unit of ambient dose equivalent is J⋅kg , with the special name sievert (Sv).
3.2.6
particle fluence to ambient dose equivalent conversion coefficient
*
h
Φ
quotient of the particle ambient dose equivalent (3.2.5), H*(10), and the particle fluence (3.2.1), Φ:
H*(10)
*
h =
Φ
Φ
2 –1
Note 1 to entry: The base unit of the particle fluence to ambient dose equivalent conversion coefficient is J⋅m ⋅kg ,
2 2
with the special name Sv⋅m ; a frequently used unit is pSv⋅cm .
3.2.7
vertical cut-off
vertical geomagnetic cut-off rigidity
cut-off
minimum magnetic rigidity a vertically incident particle can have and still reach a given location above
the Earth
6 © ISO 2020 – All rights reserved
3.3 Atmospheric radiation field
3.3.1
cosmic radiation
cosmic rays
cosmic particles
ionizing radiation consisting of high-energy particles, primarily completely ionized atoms, of
extra-terrestrial origin and the particles they generate by interaction with the atmosphere and
other matter
3.3.2
secondary cosmic radiation
secondary cosmic rays
cosmogenic particles
particles which are created, directly or in a cascade of reactions, by primary cosmic radiation (3.3.1),
interacting with the atmosphere or other matter
Note 1 to entry: Important particles with respect to radiation protection and radiation measurements in aircraft
are neutrons, protons, photons, electrons, positrons, muons and, to a lesser extent, pions and nuclear ions heavier
than protons.
3.3.3
galactic cosmic radiation
galactic cosmic rays
GCR
cosmic radiation (3.3.1) originating outside the solar system
3.3.4
solar particles
cosmic radiation (3.3.1) originating from the sun
3.3.5
solar particle event
SPE
large fluence rate of energetic solar particles ejected into space by a solar eruption
3.3.6
ground level enhancement
GLE
sudden increase in cosmic radiation observed on the ground by at least two neutron monitor stations
recording simultaneously a greater than 1 % increase in the five-minute-averaged count rate associated
with energetic solar particles
Note 1 to entry: A GLE is associated with a solar particle event having a high fluence rate of particles with high
energy (greater than 500 MeV).
Note 2 to entry: GLEs are relatively rare, occurring on average about once per year. GLEs are numbered; the first
number being given to that occurring in February 1942.
3.3.7
solar modulation
change in the GCR field (outside the Earth's magnetosphere) caused by change in solar activity and
consequent change in the magnetic field of the heliosphere
3.3.8
relative sunspot number
Wolf number
measure of sunspot activity, computed from the expression k(10g + f ), where f is the number of
individual spots, g the number of groups of spots and k a factor that varies with the observer's personal
experience of recognition and with observatory (location and instrumentation)
Note 1 to entry: The relative sunspot number is also known as the Wolf number.
3.3.9
solar maximum
time period of maximum solar activity during a solar cycle, usually defined in terms of the relative
sunspot number (3.3.8)
3.3.10
solar minimum
time period of minimum solar activity during a solar cycle, usually defined in terms of the relative
sunspot number (3.3.8)
4 General considerations
4.1 The cosmic radiation field in the atmosphere
The primary galactic cosmic radiation (and energetic solar particles) interact with the atomic nuclei of
atmospheric constituents, producing a cascade of interactions and secondary reaction products that
contribute to cosmic radiation exposures that decrease in intensity with depth in the atmosphere from
[15][16] 20
aviation altitudes to sea level . Galactic cosmic radiation (GCR) can have energies up to 10 eV, but
lower-energy particles are the most frequent. After the GCR penetrates the magnetic field of the solar
system, the peak of its energy distribution is at a few hundred MeV to 1 GeV per nucleon, depending on
–2,7 15
solar magnetic activity, and the spectrum follows a power function of the form E eV up to 10 eV;
–3
above that energy, the spectrum steepens to E . The fluence rate of GCR entering the solar system is
fairly constant with time, and these energetic ions approach the Earth isotropically.
The magnetic fields of the Earth and sun alter the relative number of GCR protons and heavier ions
reaching the atmosphere. The GCR ion composition on the fluence basis for low geomagnetic cut-off and
low solar activity is approximately 90 % protons, 9 % He ions and 1 % heavier ions; at a vertical cut-off
[17][18]
of 15 GV, the composition is approximately 83 % protons, 15 % He ions and nearly 2 % heavier ions .
The changing components of ambient dose equivalent caused by the various secondary cosmic radiation
constituents in the atmosphere as a function of altitude are illustrated in Figure 1. At sea level, the
muon component is the most important contributor to ambient dose equivalent and effective dose. At
aviation altitudes, neutrons, electrons, positrons, protons, photons and muons are the most measurable
components. At higher altitudes, nuclear ions heavier than protons start to contribute. Figures showing
representative normalized energy distributions of fluence rates of all the important particles at low
and high cut-offs and altitudes at solar minimum and maximum are shown in Annex A.
The Earth is also exposed to bursts of energetic protons and heavier particles from magnetic
disturbances near the surface of the sun and from ejection of large amounts of matter (coronal mass
ejections — CMEs) with, in some cases, acceleration by the CMEs and associated solar wind shock
waves. The particles of these solar particle events, or solar proton events (both abbreviated to SPE),
are much lower in energy than GCR, generally below 100 MeV and only rarely above 10 GeV. SPEs are of
short duration, a few hours to a few days, and highly variable in intensity. Only a small fraction of SPEs,
on average one per year, produce large numbers of high-energy particles, which cause statistically
significant dose rates at high altitudes and low geomagnetic cut-offs and can be observed by neutron
monitors on the ground. Such events are called ground level enhancements (GLEs). For aircraft crew,
the cumulative dose from GCR is usually far greater than the dose from SPEs. Intense SPEs can disturb
the Earth's magnetic field and often leads to a reduction of the GCR dose rates.
8 © ISO 2020 – All rights reserved
Key
X altitude (km)
Y ambient dose equivalent rate (µSv/h)
[19]
Conditions: 1 GV cut-off and solar minimum (deceleration potential, ϕ, of 465 MV) .
Figure 1 — Calculated ambient dose equivalent rates as a function of standard barometric
altitude for high latitudes at solar minimum for various atmospheric cosmic radiation
component particles
4.2 General considerations for the dosimetry of the cosmic radiation field in aircraft
and requirements for the characterization of instrument response
Detailed consideration of the measurements to be made and the radiation field are given
[8].
in ISO 20785-1
The radiation field at aviation altitudes is complex. Thus, its dosimetry requires specialized techniques
of measurement and calculation. The preferred approach would be to use devices that have an ambient
dose equivalent response that is independent of the energy and the direction of the total field, or
the field component to be determined. It is generally necessary to apply corrections to the results of
measurements, using data on the energy and direction characteristics of the field and the energy and
angle ambient dose equivalent response of the device.
The field comprises mainly photons, electrons, positrons, muons, protons and neutrons. There is
not a significant contribution to dose equivalent from energetic primary heavy charged particles or
fragments. The electrons, positrons and muons are directly ionizing radiation and, together with
indirectly ionizing photons and secondary electrons, interact with matter via the electromagnetic force.
Neutrons (together with a small contribution from pions) interact via the strong interaction, producing
directly ionizing secondary particles. Protons are both directly ionizing via the electromagnetic force
and indirectly via strong force interactions.
The particle fluence energy distributions are shown in Annex A. The contributions of different particle
types to ambient dose equivalent are shown in Figure 1 for a representative value of cut-off and
[19]
solar modulation . As a guide, at normal flight altitudes, the rounded percentage contributions to
total ambient dose equivalent at temperate latitudes are: electrons and positrons 25 %, muons 5 %,
[20]
photons 10 %, neutrons 50 % and protons 10 % .
–1
For dosimetric purposes, it is convenient to divide the radiation field into low-LET (<10 keV⋅µm )
–1
and high-LET (≥10 keV⋅µm ) components, LET being the commonly used abbreviation for linear
energy transfer. This definition is based on the dependence of the quality factor on LET, which
–1
is unity below 10 keV µm . This separation between low- and high-LET particles can be applied to
tissue-equivalent proportional counters and to other materials and detectors, but the low-LET/high-
–1 –1
LET threshold can vary between 5 keV⋅µm and 10 keV⋅µm . The low-LET component comprises the
following components:
a) directly ionizing electrons, positrons and muons;
b) secondary electrons from photon interactions;
c) most of the energy deposition by directly ionizing interactions of protons;
d) part of the energy deposition by secondary particles from strong interactions of protons and
neutrons.
The high-LET component is from relatively short range secondary particles from strong interactions of
protons and neutrons. The relative contributions to the total ambient dose equivalent of low LET and
high LET are not necessarily the same, but are generally similar in magnitude.
Another common approach to classifying the components of a radiation field is to distinguish between
neutron and non-neutron components. This approach is based on the detection technique applied, since
many measurement systems are not sensitive to neutron radiation. There are similarities between
the neutron and high-LET components and between the non-neutron and low-LET components. But at
neutron energies above 20 MeV, the neutrons produce, in addition, an increasing low-LET contribution
as well.
The low-LET and the non-neutron component can be measured using an ionization chamber, a
silicon-based detector or scintillation detector, or a passive luminescence or ion storage detector. The
neutron component can be measured using an extended-range neutron survey meter or a multi-sphere
spectrometer, or a passive etched track detector, bubble detector or fission foil with damage track
detector. A passive etched-track detector can be used to determine this component using one or both of
two approaches: as a LET spectrometer and/or through the simple counting of the secondary particles
mentioned above.
The summed components, low-LET plus high-LET, or non-neutron plus neutron, with suitable
calibration and normalization, give the total ambient dose equivalent. Therefore, it is essential for
the measurement of the complex radiation fields that the instruments used be fully characterized at
national metrology institutes where possible, and by taking response characteristics and uncertainties
properly into account, in order to ensure the best possible estimate of the measurand.
4.3 General considerations for measurements at aviation altitudes
The quantity to be measured, the measurand, is the ambient dose equivalent, H*(10), or its rate.
Because of the number of different particles and the wide particle energy range of the radiation field at
aviation altitudes, the characterization of instruments requires an extended set of measurements under
well-defined conditions. Both the energy and angle dependence of response need to be measured and
a calibration or response function (more usually matrix) established. The instrument response needs
to be determined by measurements in both reference fields and radiation fields representative for the
atmospheric radiation field. For particles and energies of the atmospheric field where no reference
fields are available, the response needs to be determined by other means such as simulations.
10 © ISO 2020 – All rights reserved
A single calibration measurement can be determined under reference conditions, yielding a single
calibrati
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20785-2
Deuxième édition
2020-07
Dosimétrie pour l'exposition au
rayonnement cosmique à bord d'un
avion civil —
Partie 2:
Caractérisation de la réponse des
instruments
Dosimetry for exposures to cosmic radiation in civilian aircraft —
Part 2: Characterization of instrument response
Numéro de référence
©
ISO 2020
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Termes généraux . 1
3.2 Termes apparentés aux grandeurs et aux unités . 5
3.3 Champ de rayonnement atmosphérique . 7
4 Considérations générales . 8
4.1 Champ de rayonnement cosmique dans l’atmosphère . 8
4.2 Aspects généraux à considérer pour la dosimétrie du rayonnement cosmique
à bord d’un avion et exigences relatives à la caractérisation de la réponse des
instruments .10
4.3 Considérations générales concernant les mesurages aux altitudes de vol des avions .11
5 Champs et modes opératoires d’étalonnage .12
5.1 Considérations générales .12
5.2 Caractérisation d’un instrument.15
5.2.1 Détermination des caractéristiques dosimétriques d’un instrument.15
5.2.2 Champs de rayonnement de référence .16
5.2.3 Rayonnement diffusé .17
5.2.4 Effet des autres types de rayonnement .17
5.2.5 Exigences relatives à la caractérisation dans des conditions différentes
des conditions de référence .17
5.2.6 Utilisation de simulations numériques .18
5.3 Logiciels associés aux instruments .18
5.3.1 Modes opératoires de développement des logiciels .18
5.3.2 Essais logiciels .19
5.3.3 Analyse des données dans des feuilles de calcul .19
6 Incertitudes.19
7 Remarques concernant les essais de performances .19
Annexe A (informative) Distributions en énergie représentatives de la fluence de particules
pour le rayonnement cosmique à des altitudes de vol d’avion dans les conditions
de période d’activité solaire minimale et maximale et pour la coupure de rigidité
géomagnétique verticale minimale et maximale .20
Annexe B (informative) Champs de rayonnement recommandés pour les étalonnages .26
Annexe C (informative) Mesurages comparatifs .30
Annexe D (informative) Installations d’irradiation de particules chargées.32
Bibliographie .33
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.
Cette deuxième édition annule et remplace la première (ISO 20785-2:2011), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes :
— révision des termes et définitions ;
— mise à jour des références.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 20785 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.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
Introduction
Le personnel navigant est exposé à des niveaux élevés de rayonnement cosmique d’origine galactique
et solaire, ainsi qu’au rayonnement secondaire produit dans l’atmosphère, dans la structure de
l’avion et son contenu. Suivant les recommandations de la Commission internationale de protection
[1] [2]
radiologique (CIPR) dans la Publication 60 , confirmées par la Publication 103 , l’Union
[3]
européenne (UE) a établi la révision d’une Directive relative aux normes de sécurité de base et
[4]
l’Agence internationale de l’énergie atomique (IAEA) a publié une version révisée des normes de
sécurité de base. Ces normes classaient parmi les expositions professionnelles le cas de l’exposition
aux sources naturelles de rayonnements ionisants, y compris le rayonnement cosmique. Cette Directive
de l’UE exige de prendre en compte l’exposition du personnel navigant susceptible de recevoir plus de
1 mSv par an. Elle identifie ensuite les quatre mesures de protection suivantes :
a) évaluer l’exposition du personnel concerné ;
b) prendre en compte l’exposition évaluée lors de l’organisation des programmes de travail, en vue de
réduire les doses du personnel navigant le plus fortement exposé ;
c) informer les travailleurs concernés sur les risques pour la santé que leur travail implique ; et
d) appliquer les mêmes règles de protection spécifiques en cas de grossesse pour le personnel navigant
féminin, eu égard à « l’enfant à naître », que pour tout autre travailleur exposé de sexe féminin.
La Directive du Conseil de l’UE a déjà été intégrée aux lois et réglementations des états membres de l’UE
ainsi que dans les normes et modes opératoires de sécurité de l’aviation de l’Agence européenne pour
la sécurité aérienne (European Air Safety Agency). D’autres pays tels que le Canada et le Japon ont émis
des règles ou des recommandations à l’attention de leurs compagnies aériennes pour gérer la question
de l’exposition du personnel navigant.
Les grandeurs de protection concernées, dans un cadre réglementaire et législatif, sont la dose
équivalente (au fœtus) et la dose efficace. L’exposition de l’organisme au rayonnement cosmique est
globalement uniforme et l’abdomen maternel ne fournit aucune protection particulière au fœtus.
Ainsi, la dose équivalente au fœtus peut être considérée comme égale à la dose efficace reçue par la
mère. Les doses liées à l’exposition à bord des avions sont généralement prévisibles, et des événements
comparables à des expositions non prévues à d’autres postes de travail sous rayonnement ne peuvent
pas habituellement se produire (à l’exception rare des éruptions solaires extrêmement intenses
produisant des particules solaires très énergétiques). Le recours à des dosimètres individuels pour un
usage de routine n’est pas considéré comme nécessaire. L’approche préférée pour l’évaluation des doses
reçues par le personnel navigant, si nécessaire, consiste à calculer directement la dose efficace par
unité de temps, en fonction des coordonnées géographiques, de l’altitude et de la phase du cycle solaire,
et à combiner ces valeurs avec les informations concernant le vol et le tableau de service du personnel,
afin d’obtenir des estimations des doses efficaces pour les individus. Cette approche est recommandée
[5] [6]
par la CIPR dans les Publications 75 et 132 et dans la directive de la Commission européenne.
Le rôle des calculs dans ce mode opératoire est unique par rapport aux méthodes d’évaluation
habituellement utilisées en radioprotection et il est largement admis qu’il convient de valider les doses
[7]
calculées par mesurage . La dose efficace n’est pas directement mesurable. La grandeur opérationnelle
utilisée est l’équivalent de dose ambiant, H*(10). Afin de valider les doses évaluées en termes de dose
efficace, il est possible de calculer les débits d’équivalent de dose ambiant ou les doses pendant le vol,
en termes d’équivalent de dose ambiant, ainsi que les valeurs de cette grandeur déterminées par des
mesurages traçables à des étalons nationaux et en prenant correctement en compte les réponses des
instruments et les incertitudes associées. La validation des calculs de l’équivalent de dose ambiant
par une méthode de calcul particulière peut être considérée comme la validation du calcul de la
dose efficace par le même code de calcul, mais cette étape du processus d’évaluation peut nécessiter
d’être confirmée. La variante consiste à établir, a priori, que l’équivalent de dose ambiant constitue
un bon estimateur de la dose efficace et de la dose équivalente destinée au fœtus pour les champs
de rayonnements considérés, de la même façon que l’utilisation de l’équivalent de dose individuel est
justifiée pour l’estimation de la dose efficace des travailleurs sous rayonnement au niveau du sol.
Le champ de rayonnement auquel est soumis un avion aux altitudes de vol est complexe, avec la présence
de nombreux types de rayonnements ionisants dont les énergies peuvent atteindre plusieurs GeV. Les
réponses des instruments aux particules et aux énergies du champ de rayonnement atmosphérique
qui ne sont pas couvertes par les champs de référence sont soigneusement prises en compte lors de
l’évaluation des résultats de mesure. Dans de nombreux cas, les méthodes employées pour déterminer
l’équivalent de dose ambiant à bord d’un avion sont semblables à celles utilisées auprès d’accélérateurs
haute énergie dans les laboratoires de recherche. Des méthodes dosimétriques et des méthodes
d’étalonnage des dispositifs dosimétriques peuvent par conséquent être recommandées, ainsi que
les techniques permettant de conserver la traçabilité des mesurages dosimétriques à des étalons
nationaux. Il convient de réaliser les mesurages dosimétriques destinés à évaluer l’équivalent de
dose ambiant à l’aide de méthodes précises et fiables qui assurent la qualité des relevés fournis aux
travailleurs et aux autorités en charge de la réglementation. Le présent document a pour objectif de
spécifier les modes opératoires permettant de déterminer les réponses des instruments dans différents
champs de rayonnement de référence, lesquelles réponses serviront de base pour la caractérisation
correcte des instruments utilisés pour déterminer l’équivalent de dose ambiant à bord d’un avion aux
altitudes de vol.
Les exigences relatives à la détermination et à l’enregistrement de l’exposition au rayonnement cosmique
du personnel navigant font partie intégrante de la législation nationale des États membres de l’UE et
d’autres pays. Il est souhaitable d’harmoniser les méthodes permettant de déterminer l’équivalent de
dose ambiant et d’étalonner les instruments utilisés afin de garantir la compatibilité des mesurages
effectués avec de tels instruments.
Le présent document est destiné à être utilisé par les laboratoires d’étalonnages primaire et secondaire
dans le domaine des rayonnements ionisants, par le personnel des services de radioprotection employé
par les organismes publics et par les entreprises industrielles, intéressées par la détermination de
l’équivalent de dose ambiant du personnel navigant.
vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 20785-2:2020(F)
Dosimétrie pour l'exposition au rayonnement cosmique à
bord d'un avion civil —
Partie 2:
Caractérisation de la réponse des instruments
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les méthodes et les modes opératoires permettant de caractériser les
réponses des dispositifs utilisés pour déterminer l’équivalent de dose ambiant en vue de l’évaluation
de l’exposition au rayonnement cosmique à bord d’un avion. Les méthodes et les modes opératoires
doivent être considérés comme des exigences minimales.
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).
Guide ISO/IEC 98-1, Incertitude de mesure — Partie 1 : Introduction à l’expression de l’incertitude de mesure
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3 : Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM: 1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes :
— ISO Online browsing platform : disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp ;
— IEC Electropedia : disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1 Termes généraux
3.1.1
angle d’incidence du rayonnement
α
angle entre la direction de l’incidence du rayonnement et la direction de référence de l’instrument
3.1.2
étalonnage
opération qui, dans des conditions spécifiées, établit une relation entre la grandeur conventionnelle, H ,
et l’indication, G
Note 1 à l'article: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d’un énoncé, d’une fonction d’étalonnage, d’un
diagramme d’étalonnage, d’une courbe d’étalonnage ou d’une table d’étalonnage. Dans certains cas, il peut
consister en une correction additive ou multiplicative de l’indication avec une incertitude de mesure associée.
Note 2 à l'article: Il est important de ne pas confondre l’étalonnage avec l’ajustage d’un système de mesure,
souvent appelé improprement « auto‑étalonnage », ni avec la vérification de l’étalonnage.
3.1.3
coefficient d’étalonnage
N
coeff
quotient de la valeur conventionnelle d’une grandeur à mesurer et de l’indication corrigée de
l’instrument
Note 1 à l'article: Le coefficient d’étalonnage est équivalent au facteur d’étalonnage multiplié par la constante de
l’instrument.
Note 2 à l'article: L’inverse du coefficient d’étalonnage, N , est la réponse.
coeff
Note 3 à l'article: Pour l’étalonnage de quelques instruments, par exemple les chambres d’ionisation, la constante
de l’instrument et le facteur d’étalonnage ne sont pas identifiés séparément, mais sont appliqués ensemble en
tant que coefficient d’étalonnage.
Note 4 à l'article: Il est nécessaire, pour éviter toute confusion, d’indiquer la grandeur à mesurer, par exemple
le coefficient d’étalonnage en ce qui concerne la fluence, N , le coefficient d’étalonnage en ce qui concerne le
Φ
kerma, N , ou le coefficient d’étalonnage en ce qui concerne la dose absorbée, N .
K D
3.1.4
facteur d’étalonnage
N
fact
facteur par lequel le produit de l’indication corrigée et de la constante associée de l’instrument est
multiplié afin d’obtenir la valeur conventionnelle d’une grandeur à mesurer dans les conditions de
référence
Note 1 à l'article: Le facteur d’étalonnage n’a pas de dimension.
Note 2 à l'article: L’indication corrigée est l’indication de l’instrument corrigée en fonction de l’effet des grandeurs
d’influence, le cas échéant.
Note 3 à l'article: La valeur du facteur d’étalonnage peut varier selon l’expression quantitative de la grandeur à
mesurer. Dans de tels cas, la réponse de l’ensemble de détecteur est dite non constante.
3.1.5
valeur de la grandeur mesurée
valeur mesurée
M
valeur d’une grandeur représentant un résultat de mesure
Note 1 à l'article: Pour un mesurage impliquant des indications répétées, chacune peut être utilisée pour
fournir une valeur mesurée correspondante. Cet ensemble de valeurs mesurées peut ensuite être utilisé pour
calculer une valeur mesurée résultante, telle qu’une valeur moyenne ou une valeur médiane, en général avec une
incertitude de mesure associée qui décroît.
Note 2 à l'article: Lorsque l’étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande est petite
par rapport à l’incertitude de mesure, une valeur mesurée peut être considérée comme une estimation d’une
valeur vraie par essence unique, souvent sous la forme d’une moyenne ou d’une médiane de valeurs mesurées
individuelles obtenues par des mesurages répétés.
Note 3 à l'article: Lorsque l’étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande n’est pas
petite par rapport à l’incertitude de mesure, une valeur mesurée est souvent une estimation d’une moyenne ou
d’une médiane de l’ensemble des valeurs vraies.
Note 4 à l'article: Dans le Guide ISO/IEC 98-3:2008, les termes « résultat de mesure » et « estimation de la valeur
du mesurande », ou simplement « estimation du mesurande », sont utilisés au sens de « valeur mesurée ».
2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
3.1.6
valeur conventionnelle
valeur conventionnelle d’une grandeur
H
valeur attribuée à une grandeur par un accord pour un usage donné
Note 1 à l'article: Le terme « valeur conventionnellement vraie » est quelquefois utilisé pour ce concept, mais son
utilisation est déconseillée.
Note 2 à l'article: Une valeur conventionnelle est quelquefois une estimation d’une valeur vraie.
Note 3 à l'article: Une valeur conventionnelle est généralement considérée comme associée à une incertitude de
mesure convenablement petite, qui peut être nulle.
[8][9][10]
Note 4 à l'article: Dans la série ISO 20785 , la valeur conventionnelle est la meilleure estimation de la
valeur de la grandeur à mesurer, déterminée par un étalon primaire ou par un étalon secondaire traçable à un
étalon primaire.
3.1.7
facteur de correction
k
facteur appliqué à une indication (3.1.9) en vue de corriger l’écart existant entre les conditions de
mesure et les conditions de référence
Note 1 à l'article: Si la correction de l’effet de l’écart d’une grandeur d’influence exige un facteur, la grandeur
d’influence est de type F.
3.1.8
terme de correction
G
S
terme appliqué à une indication (3.1.9) en vue de corriger l’indication nulle ou l’écart existant entre les
conditions de mesure et les conditions de référence
Note 1 à l'article: Si la correction de l’effet de l’écart d’une grandeur d’influence exige un terme, la grandeur
d’influence est de type S.
3.1.9
indication
G
valeur fournie par un instrument de mesure ou un système de mesure
Note 1 à l'article: Une indication peut être présentée sous forme visuelle ou acoustique, ou peut être transférée
à un autre dispositif. Elle est souvent donnée par la position d’un pointeur sur un affichage pour les sorties
analogiques, par un nombre affiché ou imprimé pour les sorties numériques, par une configuration codée pour
les sorties codées, ou par la valeur assignée pour les mesures matérialisées.
Note 2 à l'article: Une indication et la valeur de la quantité mesurée correspondante ne sont pas nécessairement
des valeurs de grandeurs de même nature.
3.1.10
grandeur d’influence
grandeur qui, lors d’un mesurage direct, n’a pas d’effet sur la grandeur effectivement mesurée, mais a
un effet sur la relation entre l’indication (3.1.9) et le résultat de mesure
Note 1 à l'article: Un mesurage indirect implique une combinaison de mesurages directs, sur chacun desquels des
grandeurs d’influence peuvent avoir un effet.
Note 2 à l'article: Dans le Guide ISO/IEC 98‑3:2008, le concept « grandeur d’influence » est défini comme dans
[11]
le Guide ISO/IEC 99:2007 , de façon à comprendre non seulement les grandeurs qui ont un effet sur le système
de mesure, comme dans la définition ci‑dessus, mais aussi celles qui ont un effet sur les grandeurs effectivement
mesurées. En outre, dans le Guide ISO/IEC 98-3, ce concept n’est pas limité aux mesurages directs.
Note 3 à l'article: La correction de l’effet de la grandeur d’influence peut exiger un facteur de correction (pour
une grandeur d’influence de type F) et/ou un terme de correction (pour une grandeur d’influence de type S) à
appliquer à l’indication de l’ensemble de détecteur, par exemple dans le cas de perturbations microphoniques ou
électromagnétiques.
EXEMPLE L’indication donnée par une chambre d’ionisation non scellée est influencée par la température
et la pression de l’atmosphère environnante. Bien qu’elles soient requises pour déterminer la valeur de la dose, le
mesurage de ces deux grandeurs n’est pas l’objectif principal.
3.1.11
constante de l’instrument
c
i
valeur par laquelle l’indication (3.1.9) de l’instrument, G (ou, en cas de corrections ou de
normalisation, G ), est multipliée pour obtenir la valeur du mesurande ou d’une grandeur à utiliser
corr
pour calculer la valeur du mesurande
Note 1 à l'article: Si l’indication de l’instrument est déjà exprimée dans les mêmes unités que le mesurande, comme
c’est le cas des dosimètres de zone, par exemple, la constante de l’instrument, c , n’a pas de dimension. Dans de
i
tels cas, le facteur d’étalonnage et le coefficient d’étalonnage (3.1.3) peuvent être identiques. Sinon, si l’indication
de l’instrument doit être convertie dans les mêmes unités que le mesurande, la constante de l’instrument a une
dimension.
3.1.12
mesurande
grandeur destinée à être mesurée
3.1.13
étalon primaire
étalon établi à l’aide d’un mode opératoire de mesure primaire ou créé comme objet choisi par
convention
Note 1 à l'article: Un étalon primaire présente les plus hautes qualités métrologiques dans un domaine spécifié
de métrologie.
3.1.14
valeur d’une grandeur
ensemble d’un nombre et d’une référence constituant l’expression quantitative d’une grandeur
Note 1 à l'article: La valeur d’une grandeur est le produit soit d’un nombre et d’une unité de mesure (l’unité « un »
n’est généralement pas indiquée pour les grandeurs de dimension « un »), soit d’un nombre et d’une référence à
un mode opératoire de mesure.
3.1.15
conditions de référence
conditions d’utilisation prescrites pour contrôler les performances d’un ensemble de détecteur ou pour
comparer les résultats des mesurages
Note 1 à l'article: Les conditions de référence représentent les valeurs de l’ensemble de grandeurs d’influence
pour lesquelles le résultat d’étalonnage est valide sans aucune correction.
Note 2 à l'article: La valeur du mesurande peut être choisie librement en accord avec les propriétés de l’ensemble
de détecteur à étalonner. La grandeur à mesurer n’est pas une grandeur d’influence mais peut influer sur le
résultat d’étalonnage et la réponse (voir aussi Note 1 à l’article).
4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
3.1.16
réponse
caractéristique de la réponse
R
quotient de l’indication, G, ou de l’indication corrigée, G , et de la valeur conventionnelle d’une
corr
grandeur à mesurer
Note 1 à l'article: Pour éviter toute confusion, il est nécessaire de spécifier lequel des quotients indiqués dans la
définition de la réponse (celui associé à l’indication G ou G ) a été utilisé. De plus, il est nécessaire, pour éviter
corr
toute confusion, d’indiquer la grandeur à mesurer, par exemple la réponse en ce qui concerne la fluence, R , la
Φ
réponse en ce qui concerne le kerma, R , ou la réponse en ce qui concerne la dose absorbée, R .
K D
Note 2 à l'article: La réciproque de la réponse dans les conditions spécifiées est égale au coefficient
d’étalonnage, N .
coeff
Note 3 à l'article: La valeur de la réponse peut varier selon l’expression quantitative de la grandeur à mesurer.
Dans de tels cas, la réponse de l’ensemble de détecteur est dite non constante.
Note 4 à l'article: La réponse varie habituellement avec la distribution en énergie et la distribution directionnelle
du rayonnement incident. Par conséquent, il est utile de considérer la réponse sous forme d’une fonction, R(E,Ω),
de l’énergie de rayonnement E, et de la direction, Ω , du rayonnement monodirectionnel incident. R(E) décrit la
« dépendance énergétique » et R(Ω) décrit la « dépendance angulaire » de la réponse. Pour cette dernière, Ω peut
être exprimée par l’angle, α, entre la direction de référence de l’ensemble de détecteur et la direction d’un champ
monodirectionnel externe.
3.2 Termes apparentés aux grandeurs et aux unités
[12]
La plupart des définitions de ce paragraphe ont été adaptées de l’ISO 80000‑10:2019 et
[13] [14]
des Rapports ICRU 36 et 51 .
3.2.1
fluence de particules
fluence
Φ
en un point donné de l’espace, quotient du nombre, dN, de particules incidentes sur un petit domaine
sphérique, par l’aire de la section, da, de ce domaine
dN
Φ=
da
Note 1 à l'article: L’unité de base de la fluence de particules est le m−2 ; le cm−2 constitue une unité d’usage
courant.
Note 2 à l'article: La distribution en énergie de la fluence de particules, Φ , est le quotient, dΦ par dE, où dΦ est
E
la fluence des particules dont l’énergie est comprise entre E et E+dE. Il existe une définition analogue pour la
distribution directionnelle, Φ , de la fluence de particules. La représentation complète de la fluence de particules
Ω
différentielle double peut s’écrire (avec les arguments) Φ (E,Ω), où les indices caractérisent les variables
E,Ω
(grandeurs) de différenciation et où les symboles entre parenthèses décrivent les valeurs des variables. Les
valeurs entre parenthèses sont requises pour des valeurs de fonction spéciales, par exemple la distribution en
énergie de la fluence de particules à l’énergie E = E s’écrit sous la forme Φ (E ). En l’absence d’indication de toute
0 E 0
valeur spéciale, les parenthèses ne sont pas nécessaires.
3.2.2
débit de fluence de particules
débit de fluence
Φ
taux de fluence de particules (3.2.1) exprimé par:
dΦ d N
Φ ==
dt ddat⋅
où dΦ est l’incrément de la fluence de particules au cours d’un intervalle de temps infinitésimal avec la
durée dt
−2 −1 −2 −1
Note 1 à l'article: L’unité de base du débit de fluence est le m s ; le cm s constitue une unité d’usage courant.
3.2.3
kerma
K
pour des particules indirectement ionisantes (non chargées), la somme des énergies cinétiques
initiales, dE , de toutes les particules ionisantes chargées libérées par les particules ionisantes non
tr
chargées dans un élément de matière, divisée par la masse, dm, de cet élément :
dE
tr
K=
dm
Note 1 à l'article: La grandeur dE comprend l’énergie cinétique des particules chargées émises au cours de la
tr
décroissance des atomes, molécules ou noyaux excités.
–1
Note 2 à l'article: L’unité du kerma est le joule par kilogramme (J⋅kg ) et son équivalent est le gray (Gy).
3.2.4
équivalent de dose
H
au point considéré dans le tissu,
H = DQ
où D est la dose absorbée et Q est le facteur de qualité en ce point
Note 1 à l'article: Q est déterminé par le transfert linéique d’énergie non limité, L (souvent désigné L ou LET),
∞
des particules chargées passant par un petit élément de volume (domaine) en ce point (la valeur de L est donnée
∞
pour des particules chargées dans l’eau et non dans le tissu ; la différence est cependant faible). L’équivalent de
dose en un point dans le tissu est alors donné par :
∞
HQ= ()LD dL
∫ L
L=0
où D (= dD/dL) est la distribution en fonction de L de la dose absorbée au point considéré.
L
[2]
Note 2 à l'article: La relation entre Q et L est donnée dans la Publication 103 de l’ICRP .
–1
Note 3 à l'article: L’unité de l’équivalent de dose est le J⋅kg et son équivalent est le sievert (Sv).
3.2.5
équivalent de dose ambiant
H*(10)
équivalent de dose en un point d’un champ de rayonnement qui serait produit par le champ
correspondant expansé et aligné, dans la sphère ICRU à une profondeur de 10 mm sur le rayon faisant
face à la direction du champ unidirectionnel
–1
Note 1 à l'article: L’unité de l’équivalent de dose ambiant est le J⋅kg et son équivalent est le sievert (Sv).
3.2.6
coefficient de conversion fluence de particules-équivalent de dose ambiant
*
h
Φ
quotient de l’équivalent de dose ambiant (3.2.5), H*(10), et de la fluence de particules (3.2.1), Φ :
H*(10)
*
h =
Φ
Φ
6 © ISO 2020 – Tous droits réservés
Note 1 à l'article: L’unité de base du coefficient de conversion fluence de particules‑équivalent de dose ambiant
2 –1 2 2
est le J⋅m ⋅kg , et son équivalent est le Sv⋅m ; le pSv⋅cm constitue une unité d’usage courant.
3.2.7
coupure verticale
coupure de rigidité géomagnétique verticale
coupure
rigidité magnétique minimale qu’une particule à incidence verticale peut avoir tout en atteignant un
emplacement donné au-dessus de la surface de la Terre
3.3 Champ de rayonnement atmosphérique
3.3.1
rayonnement cosmique
rayons cosmiques
particules cosmiques
rayonnement ionisant composé de particules de haute énergie, des atomes totalement ionisés du
rayonnement cosmique primaire, d’origine extraterrestre et de particules engendrées par interaction
avec l’atmosphère et toute autre matière
3.3.2
rayonnement cosmique secondaire
rayons cosmiques secondaires
particules d’origine cosmique
particules créées, directement ou par des réactions en cascade, par les rayons cosmiques (3.3.1)
primaires interagissant avec l’atmosphère ou toute autre matière
Note 1 à l'article: Les neutrons, protons, photons, électrons, positrons, muons et, dans une moindre mesure, les
pions et les ions plus lourds que les protons constituent des particules importantes, eu égard à la radioprotection
et aux mesurages des rayonnements à bord d’un avion.
3.3.3
rayonnement cosmique galactique
rayons cosmiques galactiques
GCR
rayons cosmiques (3.3.1) provenant de l’extérieur du système solaire
3.3.4
particules solaires
rayons cosmiques (3.3.1) provenant du Soleil
3.3.5
événement de particules solaires
SPE
débit de fluence important de particules solaires énergétiques, projetées dans l’espace par une
éruption solaire
3.3.6
augmentation au niveau du sol
GLE
augmentation soudaine du rayonnement cosmique, observée au niveau du sol par au moins
deux moniteurs à neutrons enregistrant simultanément une augmentation supérieure à 1 % du taux de
comptage moyenné sur 5 min associée aux particules solaires énergétiques
Note 1 à l'article: Une GLE est associée à un événement de particules solaires ayant un débit de fluence de
particules élevé ainsi qu’une énergie élevée (supérieure à 500 MeV).
Note 2 à l'article: Les GLE sont des événements relativement rares, se produisant en moyenne environ une fois
par an. Les GLE sont numérotées, le premier numéro étant affecté à la GLE qui s’est produite en février 1942.
3.3.7
modulation solaire
variation du champ de rayonnement cosmique galactique (à l’extérieur de la magnétosphère terrestre),
due à un changement de l’activité solaire et à la modification associée du champ magnétique de
l’héliosphère
3.3.8
indice de taches solaires relatif
nombre de Wolf
mesurage d’activité des taches solaires, calculée à partir de l’expression k(10g + f), où f est le nombre
de taches individuelles, g est le nombre de groupes de taches et k est un facteur qui varie en fonction
de l’expérience personnelle de reconnaissance de l’observateur et de l’observatoire (emplacement et
instruments)
Note 1 à l'article: L’indice de taches solaires relatif est également appelé nombre de Wolf.
3.3.9
période d’activité maximale du cycle solaire
période d’activité solaire maximale au cours d’un cycle solaire, généralement définie en termes d’indice
de taches solaires relatif (3.3.8)
3.3.10
période d’activité minimale du cycle solaire
période d’activité solaire minimale au cours d’un cycle solaire, généralement définie en termes d’indice
de taches solaires relatif (3.3.8)
4 Considérations générales
4.1 Champ de rayonnement cosmique dans l’atmosphère
Le rayonnement cosmique galactique primaire (et les particules solaires énergétiques) interagissent
avec les noyaux atomiques des constituants atmosphériques, produisant une cascade d’interactions
et générant des particules secondaires qui contribuent à l’exposition au rayonnement cosmique dont
l’intensité diminue en fonction de l’épaisseur d’atmosphère traversée, depuis les hautes couches de
[15][16]
l’atmosphère, puis aux altitudes de vol des avions jusqu’au niveau de la mer . Le rayonnement
cosmique galactique (GCR) peut avoir des énergies jusqu’à 10 eV, mais les particules de plus faible
énergie sont les plus abondantes. Une fois que le GCR pénètre dans le champ magnétique du système
solaire, la valeur maximale de sa distribution en énergie s’établit de quelques centaines de MeV
jusqu’à 1 GeV par nucléon, selon l’activité magnétique solaire, et le spectre suit une fonction de puissance
–2,7 15 –3
de la forme E eV jusqu’à 10 eV. Au-delà de cette énergie, la courbe du spectre s’établit en E . Le
débit de fluence du GCR pénétrant dans le système solaire est relativement constant dans le temps, et
ces ions énergétiques arrivent à la surface de la Terre de façon globalement isotropique.
Les champs magnétiques terrestre et solaire affectent également le nombre relatif de protons du
GCR, ainsi que celui des ions plus lourds qui atteignent l’atmosphère. La composition en ions du GCR
en termes de fluence pour une coupure géomagnétique peu élevée et une activité solaire faible est
approximativement de 90 % de protons, 9 % d’ions He et 1 % d’ions plus lourds. À une coupure verticale
de 15 GV, la composition est d’environ 83 % de protons, 15 % d’ions He et près de 2 % d’ions plus
[17][18]
lourds .
Les composantes variables de l’équivalent de dose ambiant, dues aux divers constituants du
rayonnement cosmique secondaire dans l’atmosphère en fonction de l’altitude, sont illustrées sur la
Figure 1. Au niveau de la mer, les muons constituent la composante dont la contribution à l’équivalent de
dose ambiant et à la dose efficace est la plus importante. Aux altitudes de vol des avions, les neutrons,
électrons, positrons, protons, photons et muons constituent les éléments les plus significatifs. À des
altitudes plus élevées, les ions, plus lourds que les protons, sont à prendre en compte. Les figures
illustrant les distributions en énergie normalisées représentatives des débits de fluence de l’ensemble
8 © ISO 2020 – Tous droits réservés
des particules pour des coupures et des altitudes faibles et élevées, aux périodes d’activité minimale et
maximale du cycle solaire, sont présentées dans l’Annexe A.
La Terre est également exposée à des salves de protons énergétiques et de particules plus lourdes, dues
aux turbulences magnétiques se produisant à proximité de la surface du Soleil et à l’éjection de grandes
quantités de matière (éjections de masse coronale — CME) avec, dans certains cas, une accélération par
les éjections de masse coronale et les ondes de choc du vent solaire associées. L’énergie des particules
de ces événements à particules solaires, ou événements à protons solaires (tous deux abrégés sous
la forme SPE), est bien moins élevée que celle du GCR : généralement au-dessous de 100 MeV et très
rarement au-dessus de 10 GeV. Les SPE sont de courte durée, de quelques heures à quelques jours, et
d’intensité très variable. Seule une petite fraction des SPE, en moyenne un par an, produit des quantités
élevées de particules de grande énergie qui entraînent des débits de doses statistiquement significatifs
à des altitudes élevées et des coupures géomagnétiques faibles, et qui peuvent être observés par
les moniteurs à neutrons au niveau du sol. Ces événements sont appelés augmentations au niveau
du sol (ou GLE). Pour le personnel navigant, la dose cumulée due au GCR est généralement bien plus
élevée que la dose due aux SPE. Des SPE intenses peuvent perturber le champ magnétique terrestre et
entraînent souvent une réduction des débits de dose dus au GCR.
Légende
X altitude (km)
Y débit d’équivalent de dose ambiant (µSv/h)
[19]
Conditions : coupure de 1 GV et en période d’activité solaire minimale (potentiel de décélération, ϕ, de 465 MV) .
Figure 1 — Calcul des débits d’équivalent de dose ambiant en fonction de l’altitude
barométrique normale pour des latitudes élevées à une période d’activité minimale du cycle
solaire pour diverses particules du rayonnement cosmique atmosphérique
4.2 Aspects généraux à considérer pour la dosimétrie du rayonnement cosmique à
bord d’un avion et exigences relatives à la caractérisation de la réponse des instruments
Les mesurages à réaliser et les facteurs à considérer pour le champ de rayonnement sont détaillés dans
[8]
l’ISO 20785-1 .
Le champ de rayonnement aux altitudes de vol des avions est complexe. Par conséquent, sa dosimétrie
exige des techniques de mesure et de calcul spécifiques. L’approche idéale consisterait à utiliser des
dispositifs dont la réponse pour l’équivalent de dose ambiant est indépendante de l’énergie et de la
direction du champ global ou de la composante de champ à déterminer. Il est généralement nécessaire
d’appliquer des corrections aux résultats des mesurages, en utilisant des données relatives aux
caractéristiques énergétique et directionnelle du champ, ainsi que la réponse en termes de TLE et
angulaire du dispositif pour l’équivalent de dose ambiant.
Le champ comprend principalement des photons, électrons, positrons, muons, protons et neutrons.
La contribution des particules lourdes primaires chargées et énergétiques ou de leurs fragments
à l’équivalent de dose ambiant n’est pas significative. Les électrons, positrons et muons sont des
rayonnements directement ionisants et, associés aux photons indirectement ionisants et aux électrons
secondaires, ils interagissent avec la matière par l’intermédiaire d’une force électromagnétique. Les
neutrons (ainsi qu’une légère contribution issue des pions) interagissent par interaction forte produisant
des particu
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.