La energía nuclear va más allá de la generación de electricidad, debemos sentirnos inspirados por proyectos como el reactor nuclear RA – 10 ubicado en Argentina, próximo a ser inaugurado y puesta en marcha a inicios del 2026, servirá para la producción de radioisótopos medicinales, pero también tendrá funciones estratégicas para la industria, contribuyendo significativamente a la transición energética a través del desarrollo de silicio de alta calidad para fabricación de chips, utilizados tanto en las computadoras de alto rendimiento como en los sistemas operativos de los autos eléctricos.
Para Ecuador invertir en esta tecnología podría abrir caminos para avances significativos en el campo de la industria e investigación como la creación de materiales avanzados como el silicio dopado, esencial en la era de la electrónica de alta potencia.
Aquí esta lo que necesitas saber sobre cómo el RA-10 se convertirá en el primer reactor en Latinoamérica preparado para proveer regionalmente de silicio dopado a la industria de semiconductores. La demanda mundial de silicio dopado se comparte entre algunos reactores que brindan este servicio, entre ellos se pueden mencionar al OPAL (Australia), BR2 (Bélgica), JRR-3M (Japón), HANARO (Corea), SAFARI-1(Sudáfrica) y el FRM-II (Alemania). El Reactor Nuclear Argentino Multipropósito RA-10 tendrá un impacto estratégico en las áreas de salud, ciencia, tecnología e industria.
Para producir material semiconductor de alta calidad se necesita silicio dopado, que se produce vía transmutación neutrónica. La transmutación neutrónica es un proceso en el que los núcleos de los átomos de un material son bombardeados con neutrones, lo que puede cambiar la composición del núcleo y, por lo tanto, las propiedades del material.
Debo indicar que existen dos formas de dopar silicio, el primero a través de un proceso químico y el segundo por medio de irradiación en un reactor. La ventaja que tiene hacerlo a través de irradiación en un reactor es el resultado, siendo un producto final de excelente calidad y muy superiores al logrado por el proceso químico.
El proceso de producción de silicio dopado implica la irradiación de lingotes de silicio con neutrones en el reactor RA-10, lo que permite la introducción de impurezas dopantes en la red cristalina del silicio, como el fósforo, para mejorar su conductividad eléctrica.
El fósforo(P), es la impureza introducida que actúa como agente dopante en la red cristalina del silicio. En el proceso de producción de silicio dopado, el fósforo se utiliza para mejorar la conductividad eléctrica del silicio hasta los niveles especificados por el usuario final o cliente. Al ser introducido en la red cristalina del silicio, el fósforo aporta electrones libres que aumentan la conductividad eléctrica del material.
Se estima que la capacidad de producción de irradiación de lingotes de silicio será de aproximadamente 80 toneladas por año en el RA-10. En el caso del silicio dopado, se utiliza la técnica NTD (es la abreviatura de “Neutron Transmutation Doping”), que es una técnica utilizada para producir silicio dopado de alta calidad.
El proceso de irradiación de lingotes de silicio en el RA-10 contempla varias etapas las cuales se muestran a continuación:
En primer lugar, se realiza la planificación de la irradiación de acuerdo con los requerimientos del usuario y el control de calidad de la irradiación.
Luego, se lleva a cabo el ingreso de los lingotes de silicio, donde se documenta la cantidad, identificación, dimensiones, peso, resistividad inicial, resistividad objetivo y estado de los lingotes.
La resistividad es una propiedad eléctrica de los materiales que mide la oposición que presenta un material al flujo de corriente eléctrica a través de él. Se mide en ohmios por centímetro (Ω.cm) y es inversamente proporcional a la conductividad eléctrica del material. Es decir, a mayor resistividad, menor conductividad y viceversa.
La resistividad inicial del monocristal de silicio presenta diversos valores, pero los más comúnmente utilizados en este ámbito se encuentran entre 6000 y 2000 Ω.cm. A continuación, se realiza la inspección de los lingotes y su lavado.
Finalmente, se procede a la irradiación de los lingotes de silicio en las posiciones de irradiación previamente planificadas. El decaimiento es una etapa importante en el proceso de producción de silicio dopado. Después de la irradiación, los lingotes de silicio dopado se transfieren a una pileta de servicio para su decaimiento.
Durante esta etapa, los lingotes se mantienen en la pileta de servicio durante un período de tiempo determinado para permitir que los productos de la transmutación se desintegren y se reduzca la actividad radiactiva. El tiempo de decaimiento necesario depende de la actividad radiactiva del lingote y de los requisitos del usuario final. Después del decaimiento, los lingotes se someten a inspección y control de contaminación radiactiva antes de ser lavados y secados.
Luego, se realizan mediciones de flujo neutrónico y se lleva a cabo un control de calidad para verificar que se hayan alcanzado las resistividades objetivo. Finalmente, los lingotes dopados se entregan al usuario junto con un informe de calidad que detalla las propiedades finales de los lingotes.
El sistema de dopado de silicio permite a la Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina (CNEA) la oportunidad de convertirse en un proveedor calificado de este material con alto valor agregado y pertenecer al selecto grupo de países que posee esta tecnología. La tecnología nuclear proporcionaría varios desarrollos en cuanto a innovación, industria e investigación para nuestro país. Ecuador tiene la oportunidad de jugar un papel crucial en la adopción de estas tecnologías mediante el impulso de una ley nuclear, la cual sería un compromiso con el medio ambiente y la población en general como un paso a ser autosuficiente en el desarrollo de un futuro sostenible y tecnológicamente avanzado.
Fuentes:
1. “Neutron Transmutation Doping of Silicon at Research Reactors”, IAEATECDOC-1681, Mayo 2012.
2. H. Blaumann, A. Vertullo, F. Sánchez, F. Brollo and J. Longhino ”RA-10: A new Argentinian Multipurpose Research Reactor”. International Conference on Research Reactors: Safe Management and Effective Utilization Proceedings (2011), Rabat, Morocco.
3. “Diseño Preliminar Neutrónico del Aplanador de Flujo para el dopaje de Silicios en el RA10”, Cintas, A. Bazzana, S., AATN XXXIX, Noviembre 2012
4. Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina CNEA
