상온 초전도체란? 쉽게 이해해보자

이젠 전기가 없이는 살 수 없다는 말엔 모두 공감하실 겁니다. 그렇다면 혹시 우리가 사용하는 전류에 에너지 손실이 크다는 사실을 알고 계신가요? 오늘은 이 에너지와 관련된 상온 초전도체에 대해 알아보려 합니다.

 

상온 초전도체 뜻

한 물체가 원하는 방향으로 움직이기 위해선 얼만큼의 힘이 필요한지를 계산해 본다고 가정했을 때, 저항값을 고려해야 한다고 학창 시절 배웠던 기억이 있을 겁니다. 마찬가지로 우리가 평소에 사용하는 전기도 전선을 사용한다고 해도 전류 에너지를 고스란히 간직한 채 전도되는 것이 아니라 반드시 저항이 들어가는데요. 만약 이 저항을 최소한으로 줄일 수 있다면 인류는 에너지와 운송, IT, 의학 등 광범위한 산업에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

 

'초전도성'이 저항 없이 전기를 전도하는 물질의 능력을 말하며, '초전도체'가 그러한 물체를 의미합니다. 초전도성은 1911년 발견 이후 과학계를 사로잡은 매력적인 현상입니다. 다만 아직까지 발견된 초전도성을 나타내는 대부분의 재료는 극도로 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 실제로 사용하기엔 어렵고 비용도 많이 듭니다. 따라서 과학자들은 실제로 광범위한 분야에 응용할 수 있는 실온(상온) 초전도체를 만들기 위해 꾸준히 노력하고 있습니다.

 

상온 초전도체를 찾는 데 있어 주요 과제 중 하나는 처음부터 초전도성을 발생시키는 메커니즘을 이해하는 것입니다. 현재에는 초전도성이 전자와 물질의 원자 진동인 포논 사이 상호작용에서 발생한다고 알려져 있는데요. 전자가 물질을 통해 이동할 때 전자는 이러한 진동과 상호 작용하여 전자를 분산시켜 저항을 유발하거나 전자가 자유롭게 이동하여 초전도성을 생성하도록 도울 수 있습니다. 다만 이것은 아직 과학자들이 해결하지 못한 문제입니다.

 

상온 초전도체 활용

상온 초전도체를 일상생활에서 사용할 수 있게 된다면 우리가 평소에 사용하던 에너지들을 낭비 없이 효율성을 극대화시킬 수 있습니다. 예를 들어보면 아래와 같습니다.

1. 에너지 전송 및 저장: 초전도 재료를 사용해 에너지 손실 없이 전기를 전송할 수 있는 고효율 전기 케이블을 만들 수 있습니다. 이것으로 인하여 에너지 낭비를 크게 줄이고 전력망의 효율성을 높이는 것이 가능합니다. 초전도 재료는 플라이휠이나 자기 에너지 저장 장치와 같은 에너지 저장 장치에 사용할 강력한 자석을 만드는 데에도 사용 가능합니다.
2. 운송: 초전도 재료를 사용하여 최소한의 마찰로 초고속으로 이동 가능한 부상열차를 만들 수 있습니다. 이 운송수단은 종종 자기 부상열차라고 불리며 일부 국가에서는 이미 사용하고 있는데요. 대략 400km/h의 속도로 기존 열차보다 월등한 속도로 운송이 가능하기에 에너지 측면에서 월등히 효율적입니다.
3. 컴퓨터: 초전도 재료를 사용해 더 바르고 에너지 효율적인 컴퓨터 장치를 만들 수 있습니다. 초전도 장치는 기존의 것보다 훨씬 빠른 속도와 낮은 전력 소모로 동작할 수 있기 때문인데요. 일부 연구 응용 분야에서 이미 사용 중이긴 하지만 아직 상용화하기엔 무리가 있습니다.
4. 의료 영상: 초전도 물질을 사용하여 MRI 기계에 사용할 강력한 자석을 만드는 것이 가능합니다. 이 MRI는 강력한 자기장으로 신체 내부 장기 및 조직의 상세한 이미지를 짧은 시간안에 생성하는것이 가능합니다.
5. 항공 우주: 초전도 물질을 사용하여 고효율 전기 추진 시스템을 만들어 우주 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 이 물질은 우주비행사 및 우주선을 방사선으로부터 보호하기 위한 강력한 자기 차폐를 만드는것이 가능합니다.
6. 에너지 생성: 초전도 재료를 사용하여 보다 효율적인 핵융합로를 만들 수 있습니다. 핵융합로는 원자핵을 융합해 에너지를 생성하는데, 여기엔 매우 높은 온도와 압력이 필요합니다. 그러나 초전도 물질은 깨끗하고 풍부한 에너지원을 제공하여 이전보다 안정적이고 효율적인 핵융합로를 만들어 에너지 생성에 도움이 될 수 있습니다.