Decision threshold associated with multiple measurements. Application to the synthesis of the environment monitoring results

Seuil de décision associé à des mesures multiples. Application à la synthèse des résultats de surveillance de l’environnement

¹ CEA, Institut national des sciences et techniques nucléaires, Centre de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
² IRSN, Direction de l’environnement et de l’intervention, Service d’étude et de surveillance de la radioactivité dans l’environnement, BP 40035, 78116 Le Vésinet Cedex, France
³ IRSN, Direction de l’environnement et de l’intervention, Service de traitement des échantillons et de métrologie pour l'environnement, BP 40035, 78116 Le Vésinet Cedex, France
⁴ Laboratoire SUBATECH – UMR 6457, école des Mines de Nantes, IN2P3/CNRS, Université de Nantes, 4 rue Alfred Kastler, La Chantrerie, BP 20722, 44307 Nantes Cedex 03, France
⁵ ORTEC-AMETEK Inc, 801 S. Illinois Ave., Oak Ridge, TN 37830, USA

Received: 29 June 2011
Accepted: 24 October 2011

Abstract

When the sample activity is measured for various reasons several times, then with each measurement can be associated an individual decision threshold and limit of detection. Each measurement can be analyzed through its own decision threshold. The whole measurements can sometimes present contradictory results, some measurements being lower than the decision threshold and other higher. The problem then arises to build a decision threshold and a detection limit taking into account all the individual results, and to decide if the radioactivity is finally detected or not. It is interesting to note that it is possible sometimes that the decision threshold taking account all results makes it possible to decide that the radioactivity is present whereas the totality of the individual results are negative in terms of individual decision threshold. The purpose of this article is to show how these thresholds and these coherent limits cumulated can be determined in way according to the experimental conditions. In a general way a rigorous method of cumulating makes it possible to systematically decrease the decision threshold and limit of detection in terms of activity. This approach has interesting applications in gamma spectrometry with multi-emitters, discharge or periodical environmental measurements. On the basis of measurements realized by the IRSN within the framework of the national monitoring of the environment, we will see the potential impact of these methods on the final assessments.

Résumé

Quand l’activité d’un échantillon est, pour des raisons diverses, mesurée plusieurs fois, à chaque mesure peuvent être associés un seuil de décision et une limite de détection qui lui sont propres. Chaque mesure peut être analysée au travers de son propre seuil de décision. L’ensemble des mesures peut parfois présenter des résultats contradictoires, certaines mesures étant inférieures au seuil de décision et les autres supérieures. Le problème se pose alors de construire un seuil de décision et une limite de détection prenant en compte tous les résultats individuels, et de décider si la radioactivité est finalement détectée ou non. Il est intéressant de noter qu’il est possible parfois que le seuil de décision cumulé sur l’ensemble des résultats permette de décider que la radioactivité est présente alors que la totalité des résultats individuels sont négatifs au sens du seuil de décision associé à chaque mesure. L’objectif de cet article est de montrer comment se déterminent ces seuils et ces limites cumulés de façon cohérente en fonction des conditions expérimentales. De façon générale, une méthode de cumul rigoureuse permet de diminuer systématiquement les seuils de décision et les limites de détection en termes d’activité. Cette approche trouve des applications intéressantes en spectrométrie gamma sur des émetteurs multi-gamma, sur des rejets d’effluents ou sur des mesures périodiques et environnementales. En partant des mesures réalisées par l’IRSN dans le cadre de la surveillance nationale de l’environnement, nous verrons l’impact potentiel de ces méthodes sur les bilans finaux.