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초전도체 어떻게 실생활에 쓰일까?

Kevin Baek 2023. 8. 14. 20:32
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초전도체란? 

초전도체는 전기 저항이 0인 상태에서 전류를 흘릴 수 있는 물질입니다. 이러한 저항 부족은 초전도 루프에서 전류가 시작되면 재료가 초전도 상태를 유지하는 한 전원 없이 무한정 계속된다는 것을 의미합니다.

다음은 초전도체의 몇 가지 핵심 사항과 특성입니다.

  1. 제로 저항: 초전도체의 가장 큰 특징은 저항 없이 전류를 전달할 수 있다는 것입니다. 이는 열로 인한 에너지 손실이 없음을 의미하며 이는 구리 또는 알루미늄과 같은 일반 전도체와 극명한 대조를 이룹니다.
  2. 마이스너 효과: 초전도체의 또 다른 특징은 마이스너 효과라고 하는 현상인 자기장을 방출하는 능력입니다. 물질이 초전도 상태로 전환되면 외부 자기장을 밀어내어 반자성 상태가 됩니다.
  3. 임계 온도(Tc): 모든 초전도체는 초전도체가 되는 임계 온도를 가집니다. 전통적인 초전도체는 종종 절대 영도(0 켈빈 또는 -273.15°C)에 가까운 매우 낮은 온도를 필요로 합니다. 그러나 진행 중인 연구가 있으며 최근의 발견으로 비교적 높은(그러나 여전히 낮은) 온도에서 초전도가 되는 "고온 초전도체"가 확인되었으며 심지어 일부는 실온에서 작동하는 것으로 보입니다.
  4. 유형 I 및 유형 II 초전도체: 초전도체는 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
  5. 응용: 고유한 특성으로 인해 초전도체는 MRI 기계(의료 영상), 입자 가속기, 자기 부상 열차, 전력망 및 보다 효율적인 전기 기계의 잠재적인 미래 응용을 포함하여 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. .
  6. 도전: 놀라운 특성과 혁신적인 기술 발전 가능성에도 불구하고 도전 과제가 있습니다. 가장 중요한 것은 냉각의 필요성입니다. 고온 초전도체도 기존의 초전도체만큼은 아니지만 냉각이 필요합니다. 냉각은 에너지 집약적이며 비용이 많이 들 수 있으므로 현재 일부 잠재적 응용 분야에서 초전도 기술의 광범위한 사용을 제한하고 있습니다.

본질적으로 초전도체는 다양한 기술 응용 분야에서 상당한 효율성을 가져올 수 있는 놀라운 소재입니다.

초전도체 어떻게 실생활에 쓰일까? 

 

1. 의료 기술:

 

MRI 기계: 초전도 자석은 전 세계 병원과 진료소에서 사용되는 자기공명영상(MRI) 기계의 핵심 구성 요소입니다. 이 기계는 초전도 자석에 의해 효율적으로 생성되는 강력하고 안정적인 자기장에 의존합니다.

과학적 연구:

 

입자 가속기: CERN LHC(Large Hadron Collider)와 같은 대형 입자 가속기는 초전도 전자석을 사용하여 입자를 거의 빛의 속도로 가속합니다. 막대한 에너지 손실 없이 필요한 높은 자기장을 달성하려면 초전도 상태가 필수적입니다.

NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 분광법: 화학 및 생화학 실험실에서 일반적으로 사용되는 이 기술은 초전도 자석의 이점을 제공합니다.

 

 

2. 교통:

 

자기 부상 열차: 자기 부상(Maglev) 열차는 초전도체를 사용하여 트랙 위의 마찰 없는 부상을 달성합니다. 이것은 믿을 수 없을 정도로 부드럽고 빠른 이동을 가능하게 합니다.

 

3. 에너지:

 

SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage): 이것은 저장된 에너지를 빠르게 방출할 수 있는 일종의 에너지 저장 장치로, 전기 그리드를 안정화하는 데 유용합니다.

전력 전송: 이론적으로 초전도 케이블은 저항 손실 없이 장거리로 전기를 전송할 수 있지만 현재 냉각 및 비용과 관련된 문제로 인해 광범위한 채택이 제한되어 있습니다.

 

4. 전자 및 컴퓨팅:

 

양자 컴퓨터: 일부 양자 컴퓨터 설계는 초전도 큐비트를 사용합니다. 이 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 특정 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

SQUID(Superconducting Quantum Interference Device): 미세한 자기장을 측정하는 데 사용되는 매우 민감한 자력계입니다.

 

5. 기타:

 

초전도 모터 및 발전기: 이러한 기계에 대한 연구와 일부 프로토타입이 진행 중이며, 초전도가 아닌 제품보다 더 효율적일 수 있습니다.

 

위의 목록은 현재 초전도체의 실제 응용 분야를 제공하지만 특정 문제, 특히 냉각 필요성이 극복되면 많은 잠재적 응용 분야가 변형될 수 있습니다. 상온 초전도체에 대한 최근의 발전은 실제 적용 가능성을 더욱 확장하여 다양한 기술에서 더욱 통합될 수 있게 합니다.

 

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