초전도체란? 상온 상압 초전도체 LK99 개발 고려대연구팀 발표

 

안녕하세요. 긍정을 건축하는 아키로진입니다.

최근 고려대에서 상온에서 실현 가능한 초전도체를 개발하였다고 발표하여 화제가 되고 있는데요. 초전도체는 무엇이고 초전도체가 상용화로 얻을 수 있는 이익들은 어떤것들이 있는지 알아보겠습니다.

 

초전도체 LK99 고려대연구팀 발표자료

 

초전도체란?

 

- 초전도체는 매우 특별한 속성을 갖는 물질로, 특정 온도 이하에서 전기 저항이 제로에 가까워지는 현상을 나타냅니다. 이러한 물질은 소위 "영점"이라고 불리는 특정 온도를 넘어서면 전기 저항이 다시 일반적인 물질처럼 증가하게 됩니다. 현재는 극저온(영하 100도 이하) 초고압(상압의 10만배 이상) 상태에서만 초전도 현상을 구현할 수 있습니다. 

초전도 현상은 1911년 영국의 연구자인 헤일 로렌스 온시스에 의해 발견되었습니다. 초전도체는 대부분 금속 또는 합금으로 이루어져 있으며, 가장 잘 알려진 초전도체로는 납(Lead)과 구리(Copper)를 주성분으로 하는 Nb3Sn 및 NbTi 합금이 있습니다. 또한, 철, 비스무트, 토륨과 같은 다른 물질들도 초전도체로 동작할 수 있습니다.

초전도체의 가장 특별한 특성은 영점 이하의 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 사라진다는 것입니다. 이는 전자들이 물질 내에서 자유롭게 이동하여 에너지 손실이 없기 때문에 가능해집니다. 이로 인해 초전도체는 전기적으로 매우 효율적인 물질로 간주됩니다.

초전도체의 다른 중요한 특성은 "Meissner 효과"라고 불리는 현상입니다. 초전도체를 어떤 외부 자기장에 노출하면 자기장이 들어오는 즉시 초전도체 내부에서는 대외 자기장을 제거하기 위한 반대 방향의 자기장이 발생하게 됩니다. 이로 인해 초전도체는 외부 자기장을 완전히 배제하고 자체 내부로 자기장을 갖게 됩니다. 이러한 특성은 자기장 방어 막이 필요한 곳에 응용될 수 있습니다.

초전도체는 우수한 전기적 특성을 가지고 있지만, 영점 이하에서만 이러한 특성을 나타내기 때문에 적용 온도 범위가 제한적입니다. 그러나 초전도체는 자기 공명 이미징 장비 (MRI), 초전도자석, 전기 전달 소자 및 고속 전선 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 특히 대형 에너지 저장 장치나 초전도 전력선을 통해 에너지 효율성을 높이는 데 큰 관심이 있습니다.

 

 

 

초전도체 개발로 얻는 경제적 이익들

 

- 초전도체의 개발과 적용은 다양한 경제적 이익을 가져올 수 있습니다. 몇 가지 주요한 경제적 이익들은 다음과 같습니다:

• 에너지 효율성 증대 : 초전도체를 사용하는 시스템은 전기 저항이 없으므로 전력 손실이 거의 없어집니다. 이로 인해 에너지 효율성이 향상되며, 전력 소비를 줄이고 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
• 대규모 발전 시스템의 감축 : 초전도자석과 초전도 전선은 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있으며, 이를 이용하여 대규모 발전소의 크기를 줄이고 전력 생산을 증가시킬 수 있습니다. 이는 토지 사용량과 시설 구축 비용을 감소시키는 데 도움이 됩니다.
• MRI와 의료 진단 장비 : 초전도체 기술은 의료 분야에서 특히 MRI와 같은 고해상도 의료 진단 장비에 적용됩니다. 높은 해상도로 이미지를 생성하고 정확한 진단을 돕는 데 기여하므로, 질병의 조기 발견과 효과적인 치료에 도움을 줍니다.
• 고속 전송 및 전력 송전 : 초전도 전선은 전력을 높은 효율로 전달할 수 있으며, 전력 손실이 거의 없습니다. 이를 통해 전력 네트워크의 효율성을 향상시키고 장거리 전력 전송이 가능해집니다.
• 고속 철도 및 자기 부상 추진 시스템 : 초전도자석은 높은 자기력을 발생시키므로 고속 철도와 자기 부상 추진 시스템에 사용될 수 있습니다. 이를 통해 고속 운송 시스템의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
• 산업 분야의 적용 : 초전도체는 산업 분야에서도 다양하게 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 초전도자석은 제강, 반도체 제조 등 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있으며, 효율성과 생산성을 향상시킵니다.

이러한 경제적 이익들은 초전도체 기술의 연구와 적용에 대한 투자를 유도하며, 미래에는 더 많은 분야에서 초전도체의 혜택을 누릴 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.