초전도체란 특정 온도 아래에서 전기 저항이 사라지는 물질로 정의한다고 합니다. 쉽게 말해 '꿈의 물질'이라 불리는 초전도체는 전기 저항을 0으로 만들 수 있는 물질입니다. 1911년 네덜란드 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해 발견되었으며, 일반적으로 금속성을 가진 물질의 전기 저항은 온도가 낮아질수록 줄어듭니다. 특정 온도에서 저항이 갑자기 0이 되는 걸 말합니다. 현재 초전도체의 특징과 생활에 활용되는 것은 무엇이 있는지 알아보겠습니다.
초전도체의 특징과 활용
초전도체는 많은 놀라운 특징을 가지고 있다고 합니다. 다양한 특징 중 초전도체의 대표적인 것으로 두 가지를 얘기합니다.
첫째는 전기 저항이 없는 것입니다.
전기 저항이 없다는 건 전기가 흘렸을 때 에너지 손실이 없다는 것입니다. 전선으로 만든다면 현재 20% 이상의 전력 손실이 거의 사라지게 됩니다. 한 번 발생한 전류가 무한히 흐를 수 있다면, 전력 전송이나 에너지 저장과 같은 분야에서 엄청난 효율과 이득을 가지게 되는 것입니다.
둘째는 마이스너 효과
Meissner effect : 초전도체를 자기장에서 전이 온도로 냉각시키면 자성을 잃는 현상 말합니다.
일반적인 도체는 외부 자기장에 반응하는 특성이 있습니다. 도체 내부에 자기 전류가 생기고, 외부 자기장과 상호 작용을 합니다. 하지만, 초전도체는 자기장 속에서 다른 모습을 보입니다. 초전도체는 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 내부에 만듭니다. 내부에 자체적인 자기 선을 만들어 외부 자기장을 밀어내는 모습을 보입니다. 마이스너 효과는 초전도체가 공중에 뜨는 현상을 설명할 수 있다고 합니다.
초전도체의 활용
상온에서 가능한 초전도체는 우리 생활에 어떻게 활용될 수 있는 대표적인 세 가지 사례를 확인해 보겠습니다..
자기 공명 영상장치(MRI)
병원에서 사용하는 MRI는 초전도체를 활용하고 있습니다.
자기 부상열차
바퀴 없이 레일을 달리는 자기 부상열차로 미래 도시를 배경으로 한 영화에 자주 등장하는 열차로 공중으로 띄워 달리는 열차입니다.
양자컴퓨터
초전도체를 활용하기 위해 매우 낮은 온도에서 동작하는 양자컴퓨터도 큰 발전이 가능합니다. MRI와 자기 부상열차처럼, 온도와 저항, 열로부터 제약이 크게 줄기 때문입니다. 기존의 오류를 줄이고, 더욱 정교한 계산이 가능한 양자컴퓨터가 대량 생산될 날도 기대할 수 있습니다.
결과적으로 현시대에서는 상온 초전도체의 발견이 정식으로 인정되더라도 상용과 활용까지는 많은 과제가 필요할 겁니다. 하지만 에너지와 자원 부족, 기후 변화와 환경문제 등 현대사회의 고질적인 문제들까지도 분명 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 보입니다. 자기 부상열차는 레일과 차량 사이에 발생하는 자기 반발력을 이용하여 마찰을 최소화하고 높은 속도로 이동할 수 있습니다. 전기 전송 라인이나 전력 변압기 등에서 초전도체를 사용하여 전력 손실을 최소화할 수 있습니다. 초전도체를 사용한 컴퓨터는 더 높은 처리 속도와 낮은 열 발생으로 인해 더 효율적인 컴퓨터 시스템을 구축할 수 있습니다. 이 외에도 초전도체는 연구가 계속 진행되고 있다고 하며 미래에는 더 다양한 분야에서의 초전도체 응용이 기대됩니다.
그렇기에 우리가 더욱 관심을 가지고 열광하고 있는 것입니다. 초전도체가 정말 발견되어 활용된다면 우리 사회는 또 한 번의 진화를 거칠 것으로 생각됩니다.
