| 21세기 초전도 시대 열린다 | ||
| 의학, 교통, 통신 분야 등에 혁명이 온다 | ||
초전도체는 온도를 상당히 낮추면 전류가 흐를 때 전기저항을 받지 않는 특별한 성질을 갖는 물체로 정보통신 분야뿐 아니라 의학 분야, 교통 분야 등에 혁명을 가져올 꿈의 신소재다. 초전도체란 초전도체는 1911년 처음 발견됐다. 네덜란드의 물리학자 온네스(Onnes)는 1908년 기체헬륨을 압축해 절대온도 4도(4K, 영하 269℃)의 액체헬륨을 만들어내는데 성공했다. 그는 액체헬륨을 이용해 수은을 절대온도 0도에 가깝게 냉각시킬 수 있었는데, 수은의 전기저항이 액체헬륨의 기화온도인 4.2K근처(영하 268.8℃)에서 급격히 사라지는 것을 발견했다. 이렇게 저항이 사라지는 물질을 사람들은 초전도체라 부르게 되었다. 여기서 절대온도라 일컫는 K(켈빈)는 더 이상 떨어질 수 없는 최저온도, 즉 절대영도인 0K를 기준으로 한다. 인간이 더 이상 측정할 수 없는 최저온도인 섭씨온도 영하 273℃가 절대온도로는 0K인 것이다. 예를 들면 물이 어는 점인 0℃는 절대온도로는 273K인 것이다. 초전도 현상의 또 다른 역사적 발견은 1933년 독일사람 마이스너(Meissner)와 오센펠트(Oschenfeld)에 의해 이루어졌다. 그들은 초전도체가 단순히 저항이 없어지는 것뿐만 아니라 초전도체 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 현상(자기 반발 효과)이 있음을 알아냈다. 이러한 효과는 마이스너 효과(Meissner effect)라 불리우며 저항이 없어지는 특성과 더불어 초전도의 가장 근본적 특성으로 인식되어지고 있다. 1911년 초전도 현상이 처음 발견된 후 거의 모든 사람들이 비교적 값싼 냉매인 액체질소로 냉각 가능한 온도, 즉 77K 이상에서 초전도 현상을 보이는 물질은 우주에 존재하지 않으리라 믿고 있었다. 그러나 1986년 IBM의 베드노르쯔(Bednorz)와 뮬러(M ller)에 의해 개발된 란타늄계열의 초전도체를 필두로 1987년 대만계 미국 과학자 풀 츄 박사에 의해 77K 이상에서 초전도 현상을 보이는 물질을 개발하였다. 그것들이 바로 유명한 산화물계 초전도체들이다. 현재 고온초전도체로 주목받고 있는 것은 희토류 산화물인 란타늄계(임계온도 30K)와 이트륨계(임계온도 90K), 비스무스 산화물계, 수은계(임계온도 134K) 등이 있다. 열을 내지 않는 휴대폰과 노트북 컴퓨터 휴대폰이나 노트북 컴퓨터에 초전도체를 적용한다면 열을 내지 않는 IT 제품들이 가능하다. 휴대폰으로 장시간 통화하거나 노트북 컴퓨터를 오래 사용하다 보면 뜨거워지는 원인은 저항으로 인해 열이 발생하기 때문이다. 즉 전기에너지의 일부가 열에너지로 전환됨을 의미한다. 손목시계 크기의 수퍼 컴퓨터 초전도체가 가져올 IT 혁명으로 현재 사용중인 실리콘 반도체 소자를 초전도체를 이용한 소자로 대체하게 되면 손목시계 크기의 슈퍼 컴퓨터가 탄생할 수 있다. 초전도체는 현재 실리콘 반도체가 사용하는 전압의 1000분의 1만큼만 사용해도 동일한 성능을 발휘할 수 있기 때문에 그만큼 에너지 소모가 줄고 컴퓨터의 크기도 작아질 수 있다. 초전도체 소자는 반도체 소자보다 100배 이상이나 신호 처리 속도가 빨라서 초전도체를 적용하면 컴퓨터의 처리 속도와 인터넷의 속도가 지금보다 수백 배나 빨라질 수 있다. 휴대폰 도청 해결 초전도체를 통신에 이용하면 최근에 문제가 되고 있는 휴대폰의 도청 가능성도 상당 부분 해결할 수 있다. 기존 통신의 주파수보다 10배 이상 높은 주파수를 사용할 수 있는데, 높은 주파수의 신호는 직진하는 성질이 좋기 때문에 휴대폰끼리의 통화를 중간에서 가로채기가 힘들어진다. 초전도체를 이용한 통신은 위성의 첩보전에도 쓰일 수 있다. 보통의 전파를 이용한 위성간의 통신은 대기의 전리층을 뚫고 들어오기 때문에 지상에서 도청이 가능하지만 초전도체를 응용한 전파는 전리층을 뚫지 못해 지상에서는 도청할 수 없다. 초전도체를 이용하면 테라(1012) Hz의 주파수 영역을 이용할 수 있는데, 재래식 금속은 이 주파수에서 열에 의해 녹아버린다. 전력수송의 효율이 높아진다 초전도체는 전기저항이 없기 때문에 전기를 멀리 송전하거나 변압시킬 때 열손실이 전혀 없다. 구리전선을 초전도선으로 대체하면 20배 이상 가늘어질 수 있어 팔뚝만한 초전도선 한 가닥이면 중소도시에 공급되는 전기량을 충분히 소화할 정도다. 자기부상열차 초전도체는 자기부상열차에 적용돼 교통 혁명을 가져올 수 있다. 초전도체는 주위에 자석이 있을 경우 자석에서 나오는 자기장을 밀쳐내기 때문에 초전도체가 적용된 열차는 공중에 10cm정도 뜰 수 있다. 현재 초전도 자기부상열차는 시속 550km로 일본 야마나시현에서 시험 운전중이며 서울에서 부산까지는 40분이면 도착할 수 있다. 그밖에 초전도양자간섭장치(SQUID)를 만들어 사람의 심장이나 뇌에서 발생하는 미세한 자장을 측정할 수 있다. 초전도 자기 에? |
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| 기사입력: 2004/01/03 [00:00] 최종편집: ⓒ 호남조은뉴스 | ||
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