초전도체란 ? 초전도체 총 정리

초전도체의 마이스너 효과

초전도체란 무엇일까요? 

 

초전도체란 전기저항이 0에 수렴하는 현상이 나타나는 도체를 뜻합니다.

 

이 뜻은, 초전도체에 흐르는 전류는 손실 없이 계속, 영원히 흐르게 된다는 것입니다.

또한, 반자성이란 성질을 자기면서 자기장의 반대 방향으로 자성을 띄우게 됩니다.

그 결과, 위의 사진과 같은 마이스너 현상이 발생하게 되는 것입니다.

 

초전도체가 지금 유행하는 지 알기 전에, 우선 간략하게 역사에 대해 알아보겠습니다.

 

초전도체의 발견 과정

 

1. 1911년 수은 초전도체 발견

 - 네덜란드의 한 물리학자가 수은의 온도에 따른 실험을 하는 도중 섭씨 영하 268.8℃에서 전기저항이 0이 된다는 사실을 처음 발견하였습니다.

 

2. 1933년 마이스너 효과의 발견

 - 독일의 한 물리학자 발터 마이스너가 초전도 물질 위에 자석 알갱이를 떨어뜨림으로써 그 알갱이가 둥둥 떠다니는 것을 발견하고 위의 반자성 원리를 확립하고 이를 '마이스너 효과'라고 지칭하게 됩니다. 이때 초전도체라는 정의가 탄생하게 됩니다.

 

그 이후 수 많은 초전도체 물질에 대한 연구가 계속되었음에도, 항상 문제가 되는 것은 온도였습니다. 극저온에서만 초전도 현상이 발생하기 때문이죠. 이어서 짧게 설명하겠습니다.

 

3. 1987년, 휴스턴대학에서 YBCO(구리 산화물) 영하 183℃

4. 1988년, 일본 연구소 BSCCO(비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물) 영하 183℃

5. 2019, 독일 연구소, LaH10, 영하 23℃, 1700억 Pascal 압력

 

계속된 연구에도 초전도체에 대한 상용화가 최근 까지도 허망한 꿈처럼 보였습니다.

 

그런데,  이번에 초전도체가 왜 전국적 열풍이 부는 지 아시나요?

 

2023년 7월 22일, 대한민국 퀀텀에너지 연구소에서 논문 사전 공개 사이트 'arXiv'에 섭씨 30℃ 상온에서 초전도체 물질을 발견했다고 논문을 발표했습니다.

물질명은 'LK-99'라고 명명하고 납, 구리, 인, 황을 조합하여 만들어진 물질입니다.

 

밑에는 논문에 소개된 'LK-99'  만드는 방법입니다.

 

1. 우선, 산화납(ll)와 황산납(ll)을 1:1의 분자 비로 혼합하고 이를 진공상태에서 섭씨 720도의 온도로 24시간 가열하면 ‘라나카이트’라는 새로운 광물이 만들어집니다.

2. 다음으로, 구리와 인을 3:1의 분자 비로 혼합하여 이를 진공상태에서 섭씨 550도의 온도로 48시간 가열하면 ‘인화구리(l)’가 만들어집니다.

3. 마지막으로, ‘라나카이트’와 ‘인화구리’를 진공상태에서 섭씨 925도의 온도로 특정 시간 가열하면 흑색의 고체 물질인 ‘LK-99’가 나타난다고 합니다.

 

마지막으로, 이 초전도체  'LK-99' 에 많은 관심이 생겼는지 알아보겠습니다.

 

 현재 초전도체는 MRI 기술, 핵융합 발전기, 질량분석기,  핵자기공명분석장치, 전력 수송망 등 여러 곳에서 사용되고 있습니다. 하지만 여태까지의 기술로는 모두 극저온 상태를 유지해야만 했기 때문에 냉각 설비가 철저히 24시간 동안 가동되어야 합니다. 그로 인해 엄청난 유지비가 발생하고 있었죠. 

 

 이 한계점을 부숴줄 상온 상압의 초전도체 'LK-99'가 실제로 검증이 된다면,

 

1. 전력 수송으로 인한 전력 손실을 피할 수 있습니다.

   - 우리나라의 송전 손실률은 평균 4% 수치이며 무시할 수준이 아닙니다. 금액으로 계산해 보면 연간 7000억원의 전기가 손실 되고 있습니다.

2. 자기부상열차, MRI 등 실생활에 유용하게 사용할 수 있습니다. 

  - 시속 500km로 서울에서 부산까지 40분 만에 주파할 수 있습니다.

  - MRI에 사용되는 불필요한 냉각 장치 유지가 필요 없어지므로, 촬영 비용이 획기적으로 낮아질 수 있습니다.

 

이 밖에도 일상생활에 굉장히 밀접해 있어, 실제로 'LK-99' 가 검증이 되고 실용화까지 된다면 우리 전 세계적으로 혁신적인 성장하고 우리나라의 위상 또한 올라갈 것이라고 예측해 볼 수 있습니다. 

 

이러한 발견들이 우리 생활에 활기를 주고, 실제로 상온 상압의 초전도체가 아니더라도 우리나라 기술의 진보를 느낄 수 있었다고 생각합니다. 

 

이 포스팅을 통해 뜻깊은 정보를 얻어가셨으면 좋겠습니다. 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.