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요즘 매우 핫한 초전도체가 무엇인지 대해 이야기해 보려 합니다.

초전도체 LK99 전기저항 0

초전도체 뜻 및 특징

 

초전도체는 임계 온도(Tc)로 알려진 특정 온도 이하로 냉각될 때 전기 저항이 0이 되고 자기장이 방출되는 독특한 종류의 물질입니다.

 

이 현상은 1911년 하이케 카메링 오네스가 극저온에서 수은의 저항이 갑자기 떨어지는 것을 관찰하면서 처음 발견했습니다. 이 획기적인 발견은 물리학의 새로운 영역과 잠재적인 기술 응용 분야를 열었습니다.

 

 

초전도체  주요 특징

 

제로 저항:

초전도체는 저항 없이 전류를 전도할 수 있다는 점이 가장 두드러진 특징입니다. 이 특성은 저항 가열로 인한 에너지 손실이 없기 때문에 효율적인 전기 전송 및 저장 시스템을 만들 수 있게 해 줍니다.

 

마이스너 효과:

초전도체는 임계 온도 이하로 냉각될 때 내부에서 자기장이 완전히 방출되는 마이스너 효과도 나타냅니다. 이로 인해 자기장 선이 물질에서 튕겨져 나와 자석 위에 떠다니는 완전 상자성 현상이 발생합니다.

 

임계 온도(Tc):

각 초전도체에는 초전도 상태로 전환되는 특정 임계 온도가 있습니다. 임계 온도는 재료와 특성에 따라 달라집니다. 기존의 초전도체는 임계 온도가 절대 영도(0 켈빈 또는 -273.15°C)에 가까워 실제 응용 분야에 사용하기 어려웠습니다. 그러나 최근의 발견으로 인해 상온보다 훨씬 높은 온도에서도 초전도성을 나타내는 고온 초전도체가 개발되었지만 여전히 상온보다 훨씬 낮습니다.

 

제1유형 및 제2유형 초전도체:

초전도체는 자기장이 있을 때의 거동에 따라 두 가지 유형으로 분류하는 경우가 많습니다.

유형 I 초전도체는 임계 자기장 강도 이하의 모든 자기장을 방출하는 반면, 유형 II 초전도체는 양자화된 와류 네트워크를 통해 특정 수준의 자속을 수용할 수 있는 혼합 상태를 나타냅니다.

 

응용 분야:

초전도체는 전력 전송 및 저장, 의료 영상(MRI 기계), 입자가속기, 고속 교통 시스템(자기부상열차) 등 다양한 기술을 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 초전도체는 이러한 애플리케이션에서 에너지 효율과 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

 

냉각 요구 사항:

초전도체는 일반적으로 초전도 상태를 유지하기 위해 매우 낮은 온도가 필요합니다. 기존의 저온 초전도체는 이러한 온도를 달성하기 위해 액체 헬륨에 의존하는데, 이는 비용이 많이 들고 번거로울 수 있습니다. 1980년대 후반에 발견된 고온 초전도체는 액체 질소 온도(77켈빈 또는 -196.15°C)에서 작동할 수 있으며, 이는 더 쉽게 구할 수 있고 비용 효율적입니다.

 

초전도체는 유망한 잠재력에도 불구하고 냉각 요건 및 기타 기술적 제약으로 인해 실제 구현이 어려웠습니다. 연구자들은 이러한 한계를 극복하고 다양한 기술 응용 분야에서 초전도체가 가진 잠재력을 최대한 발휘할 수 있는 방법을 지속적으로 모색하고 있습니다.

 

초전도체 LK99 이슈

 

이러한 상황에서 이번에 이석배 퀀텀에너지연구소의 대표가 이끄는 국내의 연구진들이 논문 사전공개 사이트인 "아카이브"라는 사이트에서 세계 최초로 초저온의 초전도체가 아닌 상온 초전도체인 LK99를 만드는 데 성공했다고 하여 전 세계의 관심을 집중시키고 있습니다.

만약 이게 사실이라면 노벨상을 뛰어넘어 에디슨의 백열전구만큼이나 세계를 뒤집을 만한 이야기입니다.

 

초전도체 LK99 활용

 

상온의 초전도체 LK99가  가능하다는 전제하에 가장 현실적으로 일어날 일은 다음과 같습니다.

 

첫째 전기를 이동시키는 저항이 0이기 때문에 송전효율이 100%가 됩니다.

초전도체를 이용해서 전기를 전달한다면 100을 보내면 전력손실 없이 100을 모두 받을 수 있는 것입니다.

중간중간에 있는 변전소가 없이도 전력 손실 없이 어디로든  전력공급이 가능하며

이로 인해 이산화탄소 생산 및 배출도 감소하게 되어 환경보호에도 또한 도움이 될 수 있습니다.

 

두 번째 MRI를 촬영하는 비용이 대폭감소 될 수 있습니다. MRI는 초전도체를 이용한 강한 자기장을 형성하여 인체 내부를 들여다보는 장치입니다. 이때 초전도현상을 이용하기 위해 필요한 것이 영하 269도의 액체헬륨이므로 상온의 초전도체 LK99가 현실이 되면 경제적인 부분에 상당한 도움이 될 수 있습니다.

 

세 번째 자기 부상열차를 보다 저렴하게 이용가능합니다.

자기 부상열차는 열차와 선로가 반발하는 자기력으로 인해 열차를 공중에 띄워서 전진하게 합니다.

열차의 자기력과 선로의 자기장이 크면 열차를 띄울 수 있지만 전자석은 전력손실이 매우 크기에 자기 부상열차에 필요한 큰 자기장을 만들기가 어렵습니다. 하지만 초전도체를 이용하면 전력손실이 없이도 가능해집니다.

 

네 번째 핵융합이용입니다.

핵융합을 하려면 1억 도 이상의 온도에서 가능하며 이온도를 가둬놓을 수 있는 것은 어마어마한 비용과 냉각기술등을 이용한 플라스마인데 초전도체의 자기장을 이용하면 해결될 수 있기 때문입니다.

 

이외에도 각종 전자제품들은 더욱더 빠르고 효율적으로 이용할 수 있게 될 것으로 보입니다.

 

 

LK-99의 탄생

 

'1999년 이석배, 김지훈의 발견'이라는 뜻의 LK-99는 최동식(1943~2017) 고려대 화학과 명예교수가 1991년 발표한 논문 '통계역학에 의한 초전도 이론'을 기반으로 합니다. 당시 최 교수는 초전도 현상을 설명하는 기존 이론이 잘못되었다고 주장하며 자신만의 이론을 제시했습니다. 하지만 학계에서는 "이론의 기초가 약하다"는 등의 이유를 들며 그의 이론에 회의적인 반응을 보였습니다.

하지만 그의 제자였던 이석배 박사는 2008년 동료 연구자들과 함께 양자에너지연구소를 설립하고 연구를 이어갔습니다. 이 박사와 김 박사는 지난 3월 발표한 논문에서 1999년 지구상에 가장 풍부한 네 가지 원소(납, 구리, 황, 인)를 선정해 간단한 시스템에서 사용하는 새로운 시도를 했다고 설명했습니다.