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초전도체, 대체 뭐길래?
  • 장예린 수습기자
  • 승인 2023.10.16 08:00
  • 호수 705
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최근 우리나라 연구팀이 ‘LK-99’라는 물질을 만들어 상온·상압에서의 초전도 현상을 관측했다고 온라인 학술지에 보고해 상온 초전도체가 세계적인 관심을 끌었다. 대체 초전도체가 뭐길래 열광하는 걸까?

초전도체는 특정 온도에서 전기 저항이 0이 되는 물질이다. 더 정확하게 정의하면 특정 온도에서 전기 저항이 0이 되면서 ‘완전반자성’을 띠는 물질이다. 완전반자성이란 물질 주위의 외부 자기장을 완전히 상쇄시키는 자기장이 발생하는 성질을 말하는데, 이에 따라 초전도체가 자석 위에 뜨는 현상인 ‘마이스너 효과’가 나타난다.

그렇다면 초전도체 개발에 성공했을 시의 장점은 뭐가 있을까. 초전도체를 사용하면 전기 에너지를 전달하는 동안에 발생하는 손실이 사라진다. 이는 손실 없이 전력을 전송하고, 에너지를 저장하며 전자기기를 작동시킬 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 에너지 효율성이 높아진다. 또한, 전력 손실을 줄이면 비용을 절감할 수 있다.

또 상온에서 구현할 수 있는 초전도체는 실생활에서 어떻게 활용될 수 있을까. 첫 번째는 자기공명 영상장치(MRI)다. 일반적인 MRI는 커다란 기계 안에 들어가 굉음을 버텨야 하는 불편함이 있다. 검사 결과물을 얻기 위해서는 강한 자기장이 필요한데, 전자석 코일에 강한 자기장을 보내는 과정에서 높은 열이 발생한다. 병원에서 사용하는 자기공명 영상장치는 단열이 잘돼있어 느끼기 어렵지만, 기계 안에서는 초전도 현상을 이용하기 위해 영하 269도의 액체헬륨으로 냉각 작업을 진행하고 있다. 상온 초전도체가 활용되면 자기공명 영상장치의 사용이 훨씬 편리해지며 더욱 정교하고 안정된 결과를 얻을 수 있다.

두 번째는 자기부상열차다. 자기부상열차는 같은 극끼리 밀어내는 자석의 성질로 움직이는데 여기서 초전도체의 마이스너 효과도 이용된다. 자기부상열차가 상용화되면 안정성과 효율성이 올라 생산성이 향상된다.

마지막으로 양자컴퓨터다. 초전도체를 이용하기 위해 매우 낮은 온도에서 동작하는데, 앞의 사례와 같이 온도와 저항, 열로부터 제약이 줄어든다. 기존의 오류를 줄이고 정교한 계산이 가능한 양자컴퓨터의 대량생산도 기대해 볼 수 있다.

초전도체가 성공적으로 상용화되면 의료와 운송, 기기 외에 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 초전도 자기 장치를 통한 에너지 저장, 강력한 자기장을 활용한 연구, 높은 효율의 전기 변환 등 혁신적인 변화를 불러올 수 있다.

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