초전도체란 무엇인가?

 

최근 상온 초전도체를 발견했다는 국내 연구진의 비공식 논문 발표에 증권가뿐만 아니라 과학계를 덮치면서 진위여부에 촉각을 곤두세우고 있습니다.

증권 시장에서는 초전도체 관련주의 주가가 급등 후 '초전도체가 아니다'라는 해외 검증이 잇따라 발표되면서 주가가 곤두박질쳤는데요. 이러한 발표에도 불구하고 주가가 다시 상승과 하락을 반복하고 있죠.

 

이 논란은 당분간 계속 이어질 것 같은 분위기인데요. 혼돈의 도가니로 몰아넣은 '초전도체'가 어떤 것인지, 얼만큼 획기적인 발견이길래 이 난리가 났는지 궁금하신 분들이 계실 겁니다.

오늘은 초전도체에 대해 알아보겠습니다.

 

■ 초전도체란?
특정 온도 이하에서 모든 전기 저항을 상실하는 물질을 말합니다. 이 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해서 처음으로 발견되었습니다. 일반적으로 구리나 은과 같은 금속성 도체의 전기 저항은 온도가 낮아짐에 따라 점차 감소합니다. 그러나 초전도체의 경우에는 Tc 이하로 냉각되면 갑자기 저항이 0인 완전 도체(perfect conductor)가 되고, 한 번 발생한 전류는 에너지 손실 없이 무한히 흐르며, 특징적으로 외부의 자기장을 배척하는 마이스너 (Meissner effect) 효과가 나타납니다. 

 

 

 

■ 초전도체의 특징

 

1. 전기저항이 없다. 

저항이 없다는 것은 전류가 흐를 때 에너지 손실이 없다는 것입니다. 전력을 생산해서 전선을 통해 전기를 필요한 쪽으로 보낼 때 전선에서 20% 이상의 전력이 저항으로 사라집니다. 저항이 없다면, 전류는 무한정 흐를 수 있게 됩니다. 따라서 전력을 전송하고 에너지를 저장하는 곳에서의 효율이 급상승하게 되겠죠.

만약 상온, 상압에서 저항이 0인 물질이 있다면 전자기기의 효율이 극대화될 것입니다.

 

2. 마이스너 효과

초전도체가 자기장을 밀어내는 효과를 말합니다. 

초전도체를 일반인에게 소개하면서 시각적으로 보여줄 때 이 마이스너 효과를 많이 사용합니다. 초전도체 위에 작은 영구 자석을 놓으면 마이스너 효과 때문에 자식이 밀리는 힘을 받고 이 힘이 자석의 무게를 상쇄시켜 자석은 공중에 떠 있게 됩니다.

그림1: 액체질소로 냉각된 초전도체의 위로 부양된 영구 자석

 

 

 

■ 기존 초전도체 VS LK-99

초전도체는 지금도 존재합니다. 다만 현재 기술로는 영하 200도 이하의 극저온에서만 초전도 현상이 발생되기 때문에 일상생활에서 초전도 현상을 활용하는 것은 불가능합니다. 지금은 MRI(자기공명영상)이나 양자컴퓨터와 같은 특정 분야에서만 사용되고 있죠. 

 

이렇게 한정된 분야에서 활용되고 있는 기존 초전도체와 LK-99의 차이는 바로 상온에서도 초전도체 사용이 가능하다는 것입니다. 상온에서 사용이 가능하다는 것은 기존 초전도체의 냉각에 소요되는 비용을 획기적으로 줄이거나 없앨 수 있고, 전기효율이 뛰어난 산업 분야의 적용이 다방면으로 늘어나게 됩니다.

 

 

 

■ 초전도체 활용

 

상온, 상압에서 초전도체를 만들 수 있게 된다면 냉각장치의 소형화로 기계의 운영 비용 절감으로 이어지게 됩니다. 각종 물체들을 쉽게 공중에 띄울 수 있기 때문에 활용성이 무한에 가깝다는 평가를 받게 됩니다.

 

가장 대표적인 예로 자기부상열차가 있습니다. 현실에서 실행 불가능했던 이유는 극저온을 계속 유지시켜야 하는데 비용이 너무 많이 들기 때문인데요. 극저온 유지비용이 줄어들거나 아예 없어지게 된다면 자기부상열차 운영비 절감으로 이어지고 대중화가 가능해집니다. 

 

의료 분야의 혁신을 가져올 수 있습니다. 의료 기기 성능 향상을 통해 MRI와 같은 의료 영상, 진단, 치료 등에 더욱 정확하고 효과적인 방법을 제공할 수 있게 됩니다. 의료 기기 운영의 비용 절감은 곧 환자의 진료 비용 절감과 의료 수준 향상으로 환자들에게 돌아오는 효과를 가져올 것입니다.

양자컴퓨터 등 전자기기 분야의 혁신적인 변화가 가능합니다. 상온 초전도체를 이용하여 빠르고 효율적인 컴퓨터 칩을 개발한다면, 일상생활에서 쓰이는 다양한 전자기기의 성능을 대폭 향상할 수 있습니다.

 

또한 현재의 기술력을 몇 단계 뛰어넘어 물리학, 재료 과학 분야 이외에도 다양한 분야의 개척에 도움을 주게 됩니다. 또한 새로운 산업 분야의 등장으로 경제적인 이익을 가져올 수 있는 기회를 갖게 될 것입니다.

 

 

 

■ 끝으로

 

아직까지 LK-99에 대한 검증은 진행형입니다. 연구 결과에 대한 검증과 반박이 매일 반복되고 있는데요. 하루하루 나오는 기사와 자료들로 국내외 학계는 물론 산업계까지 갑론을박에 휩싸이고 있습니다. 매일 나오는 소식으로 인해 어느 한쪽으로 확신을 가질 수도 없는 상황이 되었네요. 

 

퀀텀에너지연구소 측은 학계검증을 받은 뒤 언론에도 공개할 예정이라고 하니 우리는 흥미롭게 지켜보면 될 것 같습니다.

 

감사합니다.