몇일 전 ‘한국 연구진, 상온 초전도체 구현’이라는 기사가 큰 이슈였습니다. 초전도에 대해서는 어느 정도 설명을 하고 있으나, 응용 분야에 대해서는 많은 정보가 없었습니다. 그래서 오늘은 그 응용 분야에 대하여 알아보고자 합니다.
초전도 현상이란
초전도 현상은 말 그대로 전기 저항이 ‘0’에 가깝게 되는 현장을 말합니다. 모든 도체는 전기 저항을 가지는데 초전도체가 구현되면 저항이 ‘0’에 가까워 손실이 없습니다.
지금까지는 극저온, 또는 초고압에서만 구현할 수 있었기에 활용할 수 있는 곳이 극히 제한적이었습니다.
상온 초전도체 개발은 이처럼 제한적으로 활용하던 초전도 현상을 상온에서 가능케 하는 꿈의 기술이라고 합니다.
지금까지 많은 과학자가 상온 초전도체를 구현하려 노력 했지만, 많은 실패가 있었다고 합니다. 논문이 나오고 철회되고가 반복되었다고 하네요.
상온 초전도체 구현
2023년 7월 27일, ‘국내 연구진에 의한 상온 초전도체 구현’ (정확히는 논문 발표전 사전 예고 사이트인 아카이브에 등제를 한 것입니다.) 이라는 기사가 실시간 핫이슈로 떠올랐습니다.
관련 기사 링크 : https://news.kbs.co.kr/news/view.do?ncd=7735449&ref=A
만약 이것이 사실이라면 엄청난 성과로, 이후 그 응용 분야에 엄청난 파급이 예상된다고 하네요.
그러나, 이쯤에서 도대체 이 기술이 구현되면 어떤 이득이 있는지 궁금해지기 시작했습니다. 궁금한건 제가 스스로 찾아봐야겠지요.
상온 초전도체 응용 분야
초전도 현상이 구현되면 전기저항이 ‘0’에 가깝게 수렴하기 때문에 단순히 생각해도 손실 없는 전기 사용이 가능할 것 같습니다.
당연하지만 전기저항이 ‘0’에 수렴하면, 열저항도 없어지며 전기가 흐를 때 열이나는 현상이 사라집니다. 쉽게 말해 열이 전혀 안나는 핸드폰이 가능한 것입니다.
특히, 초전도체는 특정 온도 (전이온도)에서 전기 저항이 갑자기 ‘0’으로 떨이지며, 지속적으로 ‘0’을 유지합니다. 마이스너 효과 (반자성: 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 못하는 현상)을 보입니다.
이러한 마이스터 효과는 다양한 곳에 응용 될 수 있다고 합니다.
운송 분야
– 호버보드
영화 ‘백 투 더 퓨쳐’에 나왔던 호버 보드는 땅에서 30~50cm 정도 부상하여 움직이는 일종의 스케이트보드입니다. 기본 도로에 전자석을 깔아 놓고, 초전도체가 적용된 호버보드를 이용하여 구현이 가능합니다.
자석에서 떠오르는 현상, 마이스너 현상이라는 초전도체의 특성이라고 합니다.
아바타의 둥둥 떠 있던 섬들, 그런 떠있는 섬들이 초전도체의 또하나의 효과라 보시면 될 것 같습니다.
– 자기부상열차
호버보드가 사람 1명을 대상으로 한다면 자기부상열차는 말 그대로 열차를 대상으로 초전도체를 활용한 예입니다. 실제로 일본이 도쿄-오사카 구간에 대한 초전도체 활용 자기부상 열차를 상용화 준비 중이라고 하나 그 제작 비용이 엄청나다고 합니다.
만약 상온 초전도체를 이용할 수 있다면, 그 상용화가 훨씬 더 가속화될 수 있을뿐더러 그 비용 또한 획기적으로 저감할 수 있다고 합니다.
– 미래형 항공기
비행기에도 활용이 가능합니다. 전기 추진 모터에 초전도체를 활용할 수 있고, 도심형 운송 수단(드론) 등에 활용이 가능하고 하며, 실제로 많은 연구가 진행되고 있다고 합니다.
에너지 분야
개인적으로 초전도 응용 분야 중 가장 관심이 높은 분야입니다. 바로 인공태양, 핵융합 등의 분야에 사용된다고 합니다.
– 핵융합발전, 인공태양
핵융합 반응이 일어나는 초고온의 플라즈마를 가둬야 하는 커다란 용기가 필요한데, 이 용기가 전자석으로 이뤄진다고 합니다. 즉 초전도성 물질을 응용하여 이 용기를 제작하면 지금 수준의 몇백분의 일로 축소가 가능하다고 합니다.
아이언맨의 가슴에 있는 아크 원자로처럼 작은 핵 융합 장치를 실제 초전도 물질을 이용하여 상용 할 수 있는 것입니다.
참고 사진, 가운데 사람 스케일을 중심으로 상부는 현재 진행 중인 핵융합 발전 설비의 크기, 아래는 초전도체를 이용한 핵융합 발전 설비 (MIT)
상대적인 크기 변화를 나타냅니다. 사람은 점으로 표시되어 있네요.
의료분야
의료분야는 지금까지 초전도성 물질이 가장 활발히 사용되는 분야입니다.
– MRI(Magnetic resonance imaging)
MRI , 자기공명영상에서 이미 초전도 현상을 활용하고 있고, 상온 초전도성 물질이 상용화된다면, 지금보다 더 작고 저렴에서 활용할 수 있을 것입니다.
– 입자 가속, 암 치료기
입자 가속 암 치료 기술도 상온 초전도 물질을 활용하면 그 크기를 혁신적으로 줄일 수 있습니다.
현재는 입자 가속을 위한 마그네틱 장치가 건물 크기에 해당되고, 한 번 치료에 비용이 몇 천만원 대로 일반인이 접근하기에 너무 벽이 높은 것이 현실입니다.
하지만 상온 초전도성체 활용하면 그 크기를 엄청나게 작게 축소할 수 있다고 합니다. 낮은 가격으로 암 연구에 새로운 길이 될 것으로 기대됩니다.
이 밖에도 식도 결절이라는 신생아 기형 치료에도 활용할 수 있다고 하니, 상온 초전도체를 통한 활용이 무궁할 것 같습니다.
국방
– 초음속 발사체
전자기 현상을 이용한 발사체를 제작할 수 있고, 그 위력이 대단하다고 합니다. 전자기를 일으키는 구조를 상온 초전도체로 구현할 수 있다고 합니다.
더욱이, 이런 발사체 기술은 레이저 무기와 경쟁을 이룬다고 합니다.
글을 마치며
오늘은 상온 초전도체 기술이 어디에 쓰이는지 그 기술의 개발 의미가 어떻게 되는지 살펴보았습니다.
운송, 에너지, 의료 및 군사 등 실생활 전반에 걸쳐 크게 기여할 것으로 예상됩니다. 국내 연구진의 결과가 꼭 정식 기술로 인정을 받았으면 좋겠습니다.
그래서 우리나라가 이 분야에서 세계 정상으로 올라서길 기대해 봅니다.
단순히 세계 정상이 목표가 아니라 암 치료와 같은 인류에게 도움이 될 수 있는 많은 기술이 상용화되길 희망해 봅니다.
#초전도체 기술, #초전도체 응용 분야, #인공태양, #초전도체 활용 분야, #입자 가속 암 치료기