Episode.1
최초발견
"챗GPT를 밀어내고 LK-99가 센세이션을 일으키고 있다. 국내외 각종 커뮤니티, 방송, SNS에서 폭발적인 토론이 치열하게 이어졌고, 초전도체를 주제로 한 밈까지 유행처럼 번졌다. 초전도체 관련주는 주가가 롤러코스터를 탄 듯 연일 오르내려 과학계를 넘어 사회 현상으로까지 확산하고 있다. 과학자들은 오랫동안 꿈꿔온 꿈의 물질이 탄생할지 모른다는 흥분을 우선 가라앉히고 상온 초전도체의 존재를 신중하게 검증하고 있다.
한국 연구진이 아카이브에 올린 논문 2편에 전 세계 이목이 집중됐다. LK-99는 이석배·김지훈 퀀텀에너지연구소 연구팀이 발견한 초전도체 추정 물질이다. LK-99라는 이름에서 LK는 두 연구원의 성에서 각각 따왔으며, 1999년 처음 발견했다고 해 99라는 숫자가 붙었다. LK-99의 강점 중 하나는 상대적으로 저렴한 납, 구리, 인으로 만들었다는 것이다. 돌멩이처럼 보이는 LK-99는 구리, 납, 인 등으로 황산화납과 인화구리를 제조해 만들어진다.
일반적으로 물체는 전기를 전도하는 특성에 따라 두 가지로 나뉜다. 전기가 통하지 않는 고무나 나무 같은 절연체는 전자를 단단히 붙잡고 있어 전류가 흐르지 못한다. 전기가 흐르는 구리나 은 같은 금속은 전자가 자유롭게 이동하고 전하를 운반할 수 있다. 이러한 도체는 저항이 존재한다. 이 저항 때문에 전자가 움직일 때 에너지를 잃는다.
초전도체는 저항이 0인 물체다. 이론적으로 에너지 손실 없이 전류가 무한히 흐를 수 있다. 또 초전도체 내에는 자기장이 존재하지 않는다. 일례로 병원에서 MRI(자기 공명영상) 촬영을 할 때 초전도선으로 만든 커다란 전자석 안에 누워 검사를 받는다. 이때 가열하거나 막대한 에너지를 소비하지 않고도 저항 없는 흐름을 통해 매우 강력한 자기장이 생성된다. 초전도체는 무선통신을 위한 주파수 필터를 만드는 것부터 원자 분쇄기의 입자를 가속하는 것까지 무수히 많은 용도로 사용될 수 있다.
문제는 상온·상압에서는 초전도체를 만들기 힘들다는 점이다. 대체로 많은 금속이 초전도체가 되기 위해서는 영하 100도 이하의 매우 낮은 온도가 필요하다. 아니면 상압의 10만 배 이상인 매우 높은 압력을 필요로 한다. 이러한 제한으로 초전도체는 값이 비싸고 비실용적이었다. 현재 가장 고온에서 작동하는 초전도체는 영하 23도에서 약 190만 기압의 압력을 받아야 하며, 대기압에서 작동하는 초전도 재료는 온도를 영하 130도 이하로 떨어뜨려야 한다. 이러한 초전도체는 의료 영상이나 실험 물리학처럼 특수 분야에서만 응용이 가능하다.
만약 상온에서 초전도체를 만들 수 있다면 어떨까. 그동안 여러 연구팀이 다양한 물질에서 상온 초전도성을 감지했다고 주장했지만 정밀한 검증을 통과하지 못했다. 최근 랑가 디아스 미국 뉴욕 로체스터대 물리학자가 상온 초전도체를 발견했다는 논문을 발표했으나, 검증 결과 데이터 조작을 의심받으며 철회됐다.
초전도체를 증명하기 위한 조건은 먼저 저항이 0이어야 한다. 전기 저항 0은 전자가 이동하면서 다른 원자들과 충돌이 없다는 뜻이다. 초전도체의 전자는 일반 금속의 전자와 달리 ‘쿠퍼 쌍’(2개의 금속 내 전자 쌍)으로 팀을 이뤄 마찰 없이 흐를 수 있는 물질 상태인 초유체로 응축된다. 이는 마치 혼잡한 고속도로를 빠져나가는 것에 비유할 수 있다. 단독 전자는 이동 중에 다른 전자나 장애물에 부딪쳐 교통 체증에 갇히지만, 쌍을 이룬 전자는 전용 차선에서 혼잡을 피해 빠르게 이동할 수 있다."
Episode.2
학술논문 요약본
1. 초전도체의 개념과 원리
특정 온도 이하에서 전기저항이 사라지는 물질을 의미합니다. 이러한 현상은 1911년 네덜란드의 헤이케 카메링 온네스가 수은을 극저온 상태로 만들어 실험하면서 처음 발견되었습니다. 초전도 현상은 양자역학적인 효과로, 일반적으로 매우 낮은 온도에서만 나타납니다.
2. 초전도체의 분류와 성질
초전도체는 발견된 시기와 메커니즘에 따라 1형과 2형으로 분류됩니다. 1형 초전도체는 순수한 금속 또는 합금으로, 외부 자기장에 대해 취약한 특성을 보입니다. 반면, 2형 초전도체는 복합물질로서 강한 자기장에 대해 저항성을 보이며, 고온에서도 초전도 현상을 나타내기 때문에 실용적인 적용 가능성이 높습니다.
3. 대한민국의 초전도체 연구 동향
대한민국은 전세계적인 초전도체 연구 경쟁에서 앞선 위치를 차지하고 있습니다. 한국과학기술원(KAIST) 등 여러 연구 기관들이 활발히 연구를 진행하고 있으며, 다양한 종류의 고온 초전도체 개발 및 적용 방안 등을 탐색하고 있습니다.
4. 초전도체의 응용분야
초전도 철로나 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에서 사용되고 있는데, 가장 주목받는 분야 중 하나가 MRI 같은 의료 기기입니다. 이외에 독특한 자기 유동 특성 때문에 고효율 전력 전송 및 저장 시스템, 컴퓨터 부품 등 다양한 곳에서 활용됩니다.
5. 장래의 가능성과 도전
현재까지도 초전도체 연구는 진행 중이며, 고온에서의 초전도 현상을 실현하는 것이 주요 목표입니다. 이를 위해, 새로운 물질 탐색과 이론적인 모델링, 실험적인 방법 등 다양한 접근법이 시도되고 있습니다. 특히나 '룸 템퍼러처 슈퍼컨덕터' 즉, 상온에서도 초전도 현상을 나타내는 물질의 개발은 많은 연구자들이 꿈꾸는 바입니다.
대한민국에서의 초전도체 연구 역시 세계적 수준에 도달하고 있습니다. 우리나라 연구진들은 고온 초전도체뿐만 아니라 설계 초전도체 등 다양한 종류의 물질에 대해 연구를 진행하고 있으며, 이를 바탕으로 다양한 응용기술을 개발하고 있습니다.
무엇보다 기대되는 것은 이러한 연구 결과가 실제로 사회와 산업 현장에 적용될 수 있다는 점입니다. 에너지 전송 및 저장, 교통 시스템, 의료 기기 등 다양한 분야에서 그 가능성을 확인할 수 있습니다.
그러나 여전히 해결해야 할 문제들이 남아있습니다. 예를 들어, 대부분의 초전도체는 아주 낮은 온도에서만 작동하기 때문에 이를 유지하는데 큰 에너지가 필요합니다. 따라서 고효율 냉각 시스템 및 저비용으로 제작할 수 있는 방법 등을 찾아내는 것이 중요합니다.
★ 결국 우리가 궁극적으로 추구하는 것은 성능과 효율성뿐만 아니라 환경 친화적인 에너지 설루션입니다. 그럴 때마다 우리는 '초'의 세계로 발걸음을 옮기게 됩니다
- 그것이 바로 '초' 전류가 흐르는 초전도체의 세계입니다. 이것이 바로 우리가 미래에 대해 기대하고 있는 초전도체의 가능성과 도전입니다.
Episode.3
가까울수도 있는 미래
1. 의료기기: MRI
초전도체는 고정밀의 자기장을 생성할 수 있어, MRI(Magnetic Resonance Imaging) 같은 의료 기기에 활용됩니다. MRI는 인체 내부를 선명하게 촬영하여 다양한 질병을 진단하는 데 필수적인 장비입니다.
2. 전력 전송: 초전도 케이블
초전도체는 저항이 없어 전력 손실이 거의 없습니다. 이러한 특성 때문에, 초전도 케이블은 고효율의 전력 전송 시스템에 이상적입니다.
3. 에너지 저장: 초전도 에너지 저장 SMES
Superconducting Magnetic Energy Storage(SMES)는 초전도체를 활용해 에너지를 저장하는 기술입니다. SMES는 충방전 시 거의 에너지 손실이 없으며, 반응 속도가 매우 빠르다는 장점이 있습니다.
4. 분자 생물학 연구: 초저온 현미경
초저온 현미경은 생물학적 견본을 극저온 상태에서 관찰함으로써 분자 구조를 고해상도로 관찰할 수 있게 해 줍니다.
5. 철도 운송: 초전도 리니어 모터
일본 등에서 개발 중인 초전도 리니어 모터 기반 철로 시스템은 기존 철로보다 훨씬 높은 속력과 효율성을 보여주고 있습니다.
6. 컴퓨팅: 양자 컴퓨터
양자 컴퓨터는 양자역학 원리를 이용해 계산을 수행합니다. 여기서 사용되는 양자 비트(Qubit) 제작에 초전도체가 활용됩니다.
7. 가속기 : 입자 가속기
입자 가속기에서는 초전도 마그넷을 사용하여 입자들을 높은 속력으로 움직일 수 있게 합니다.
8. 자료처리 : 디지털 로직 회로
디지털 로직 회로에서 적용되며, 저항 없음으로써 고속의 자료처리가 가능합니다.
9. 통신: 초전도 필터
휴대폰 등의 무선 통신 기기에서 사용되는 초전도 필터는 신호의 정확성을 높이고 배터리 수명을 연장하는 데 기여합니다.
10. 천문학: 초전도 검출기
천문학에서는 극미량의 복사 에너지를 검출하기 위해 초전도체를 사용하는 경우가 있습니다. 이들은 우주배경복사, 중성자 별, 그리고 다른 천체로부터 나오는 매우 약한 신호를 포착할 수 있게 해 줍니다.
사진 출처 https://m.blog.naver.com/hedghog1004/221696401704
https://n.news.naver.com/mnews/article/584/0000023807
'핫이슈' 카테고리의 다른 글
| 투자 가치 1위 미래는 (0) | 2023.08.28 |
|---|---|
| 라이즈 SM 어나더 미친 클래스 (2) | 2023.08.28 |
| SBS 국민사형투표 당신의 선택은?? (0) | 2023.08.25 |
| 푸바오 동생?? 누구인가 누가 뒤집기, 배밀이를 하였는가 (0) | 2023.08.24 |
| "강간하고 싶어서 했다,서울 신림동 성폭행범, 4개월 전부터?? (0) | 2023.08.18 |
