요즘 가장 핫한 키워드 초전도체가 아닐까 한다. 각종 기사들부터 주식시장에서의 초전도체 관련주들이 최근까지도 상한가를 기록했다가 다시 폭락하는 등 초전도체의 실제 여부가 세계적으로 많은 관심을 보이고 있는 가운데 과연 초전도체란 무엇인지 알아보자.
초전도체 특정 온도 이하에서 전기저항이 '0’이 되는 물질을 말한다. 쉽게 말해, 특정한 온도 아래에서 아무리 큰 전류를 흘려도 전기적인 저항이 전혀 발생하지 않는, 즉 저항이 "0"이 되는 물질을 말한다. 이 물질은 1911년 헤이케 카머링 오네스 라는 사람이 헬륨을 극저온으로 냉각하다가 수은의 저항이 갑자기 0이 되는 현상을 발견하면서 세상에 나타났으며, 이후 과학자들의 끊임없는 관심과 연구의 대상이 되었다. 이로 인해 오네스는 1913년 노벨 물리학상을 수상하게 될 정도로 획기적인 물질이다.
초전도체의 특징
1. 저항 없음. - 저항이 없다는 것은 초전도 상태에서 전력손실 없이 전기를 전송할수 있다는 것을 의미한다. 여기서 말하는 전력손실이란 전선을 통해 전기가 이동할 때 발생하는 에너지의 손실을 말하는데, 이 손실은 주로 전선의 저항 때문에 발생을 하게 되고, 이렇게 발생한 손실 에너지는 주로 열로 변환되어 환경에 방출된다. 일반 전선의 경우 전소에서 전기를 우리 집까지 전송할 때 약 5% 정도의 전력손실이 발생할 수 있다. 이는 한 달 동안 사용하는 전기 중 5%가 길 중간에서 손실되는 것을 의미하는데, 따라서 초전도체를 사용하게 되면 저항이 없기 때문에 손실되는 에너지 자체를 줄일 수 있다.
2. 마이스너 효과 - 1933년 독일의 물리학자 월터 마이스너와 로버트 오첸펠트가 초전도 상태의 주석을 자기장 속에 둥 후 그 주변의 자기장이 완전히 배제됨을 발견하게 되었다. 좀 더 직설적으로 표현하자면, 초전도체는 주변의 자기장을 내부로 들어오지 않게 하여, 그 안에는 자기장이 전혀 없는 상태를 유지하는 것이다. 마이스너 효과는 고체 초전도체 위에 놓인 자석이 떠 있는 듯한 현상으로 가장 잘 알려져 있는데, 왜냐하면 자석 아래의 초전도체가 자석으로부터 오는 자기장을 배제하기 때문이다. 이로 인해 자석은 마치 "떠 있는 것"처럼 보이게 된다.
상온초전도체(?)로 검증 중인 "LK-99" 의 마이스너 효과
초전도체 활용 분야
* 전력선: 전기저항이 없는 초전도 전선은 대량의 전기를 손실 없이 전송할 수 있다. 이를 통해 전력 손실을 크게 줄이고, 전력 그리드의 효율성을 향상할 수 있다
* 에너지 저장: 초전도 자기 에너지 저장 시스템 (SMES)은 전기 에너지를 자기 에너지로 변환하여 저장하는 기술로, 빠른 충/방전 속도와 높은 효율성을 가진다.
* 마그레브 열차: 초전도체를 활용한 마그레브 열차는 자석과 마이스너 효과를 이용해 레일과 열차 사이에 자기부상 효과를 생성하여 고속으로 운행된다.
* MRI (자기 공명 영상): 초전도 자석은 MRI 기기에서 강한 자기장을 생성하는 데 사용되며, 이를 통해 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있다.
* 입자 가속기: 초전도 기술은 CERN의 대형 하드론 충돌기 (LHC)와 같은 입자 가속기에서 강한 자기장을 생성하는 데 사용된다.
* 양자 컴퓨터: 초전도 소자는 양자 비트의 구현과 조작에 사용되어 양자 컴퓨팅의 발전을 도모하고 있다.
* 소나 시스템: 초전도 센서는 군사용 소나 시스템에서 성능 향상을 위해 사용된다.
* 필터 및 집적 회로: 초전도체는 무선 통신 기기의 필터나 고성능 집적 회로의 구성 요소로 활용될 수 있다.
초전도체의 한계 대부분의 초전도체는 극도로 낮은 온도에서만 초전도 상태를 유지할 수 있다. 이러한 온도를 유지하기 위해서는 액체 헬륨이나 액체 질소와 같은 냉각제가 필요하며, 이로 인한 비용과 복잡성이 증가한다. 고온 초전도체도 있지만, 이러한 물질들은 여전히 상온에서는 작동하지 않으며, 기계적 튼튼성이나 화학적 안정성 등 다양한 제한 사항이 있으며, 너무 강한 자기장이나 전류에 의해 초전도 상태가 파괴될 수 있다.
초전도체 LK-99 ?
LK-99은 상온 초전도체로 추정되는 물질로 고려대학교의 이석배, 김지훈 연구팀이 처음으로 발견하고 제조했다. 하지만 이 물질이 정말 초전도체인지에 대해서는 아직 논란이 많은데, 네이처 등 해외 연구기관에서는 LK-99가 초전도체가 아니라 황화구리 등의 불순물로 인해 마이스너 효과와 유사한 현상이 발생했다고 주장했고 네이처의 발표 전까지 상한가를 기록하던 초전도체 관련주들은 일제히 하락하는 등 초전도체의 실존 여부가 초미의 관심사이다. 국내에서는 한국초전도저온학회에서 LK-99의 초전도성을 검증하기 위해 여러 연구팀과 협력하고 있으며, 9월 초에 결과를 발표할 예정이다.
＠ Comments.. 전문가들은 상온 초전도체가 개발된다면 그야말로 세기의 사건이며, 노벨상은 물론, 개발되는 나라의 엄청난 부를 안겨줄 정도로 획기적인 물질이 될 것이라고 한다. 영화에서나 볼 수 있었던 공중부양 도시가 현실이 되는 것은 한순간일 듯싶다. 초전도체 관련 주식들도 연일 상한가를 기록하다가 네이처의 반박 발표로 하락세로 돌아섰지만 아직 국내 연구진들의 검증 결과도 남아있고 계속해서 개발하고 검증하여 언젠가는 개발이 되지 않을까 한다. 우리나라에서 개발된다면 우리네 살림살이도 좀 나아지려나... 아무튼 열심히 연구해서 꼭 개발되어 세상이 좀 더 살기 좋은 세상으로 나아가길 빌어본다!
