초전도체의 개발 역사와 주요 응용 분야 알아보기

 

초전도체는 어떤 개발 역사를 가지고 있으며 주요기능과 응용분야는 어떤 것이 있을까요?

 
 
최근 초전도체에 대한 연구에 대한 세간의 관심이 폭발적인데요. 초전도체란 도대체 어떤 것이며 어떤 기능을 하는지 알아보겠습니다.


초전도체란 전류를 흘리면 나타나는 전기저항이 거의 없는 물질을 말합니다.
이것은 매우 낮은 온도에서만 발생하며, 일반적으로 액체 질소 또는 액체 헬륨으로 냉각하여 사용됩니다.

그후, 고온에서 작동하는 다양한 고온 초전도체가 발견되어 초전도 기술의 적용 범위가 넓어지고 있습니다.
초전도체는 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며 다음과 같은 기능을 가지고 있습니다.
 
 

 

 

1. 초전도체의 중요한 기능

 
1)이미지 저장 및 전송
초전도체는 탁월한 전기적 특성을 가지고 있으며 대규모 데이터를 저장학 전송하는데 사용됩니다. 이에 따라 고속으로 안정적인 데이터 전송이 가능해 통신 기술의 발전에 크게 기여합니다.
 
2)자기장 발생
초전도체는 강력한 자기장을 생성할 수 있습니다. 이것은 자기 공명 이미징(MRI) 장치 및 자기 열 모터에 사용됩니다.
자기장을 생성하는 능력은 초전도체가 다양한 용도에 사용되는 이유 중 하나입니다.
 
3)에너지 저장
초전도체는 에너지를 효율적으로 저장하는 능력이 있으며 이를 이용하여 초전도체 기반의 에너지 저장 장치가 개발되고 있으며 재생 에너지의 보조 전원으로 사용할 수 있습니다.
 

 

 

4)고속컴퓨팅
초전도체는 전기 저항이 매우 작기 때문에 고속 컴퓨팅 분야에도 사용됩니다. 초전도체를 사용하는 초전도 컴퓨터는 높은 계산과 복잡한 계산에 적합합니다.
 
5)자기 부력을 이용한 수송
초전도체는 자기 부력을 이용하여 물체를 부드럽게 수송할 수 있습니다. 이 기술을 이용한 자기 부상 열차 등의 기술이 개발되고 있으며, 미래 교통 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대되고 있습니다.
 
이와 같이 초전도체는 높은 전도성과 자기 특성으로부터 다양한 분야에서 이용되고 있는 기술이며, 주목을 받고 있습니다. 초전도 기술은 앞으로도 새로운 발전이 예상되고 있으며, 새로운 용도로의 활용이 진행될 것으로 기대됩니다.
 
 

 

MRI

 

2. 초전도체의 역사

 
 
초전도체의 역사는 1911년 카멜링 온스/ Heike Kamerlingh Onnes(1853. 9. 21. - 1926.2.21) 의 발견으로 거슬러 올라갑니다. 카멜링 온스는 수은을 냉각하면 4.19K에서 수은의 전기저항이 극도로 낮아지는 현상을 발견했습니다.

그 후, 1933년에 독일의 과학자 발터 마이스너(Fritz Walther Meibner), 로버트 오쉔펠트(Robert Ochsenfeld)가 주석과 납 시료에서 이색소선으로 만들어진 초전도체가 발견되었습니다.
 
그러나 초전도체의 실용화는 1957년 노벨 물리학상을 수상한 에르네스트 엘머트 로랑과 하버트 클락스의 연구 성과로 시작되었습니다. 로랑과 클락스는 납과 증기상 비소를 혼합한 합금을 사용하여 극저온에서 초전도를 발생시키는데 성공했습니다.

 

 

그 후, 초전도체의 연구가 활발해지고, 다양한 초전도 재료가 개발되어 응용 분야가 확대되어 왔는데요.
 
1962년에 초전도체로서 유용한 효과를 나타내는 니오븀과 티타늄의 합금이 발견된 이래 다양한 초전도 재료가 연구되어 왔습니다.
 
특히 1986년 고온 초전도체의 발견은 초전도체 연구에 큰 자극을 주었습니다. 이러한 고온 초전도체는 액체 질소로 냉각하는 것만으로 초전도 상태를 유지할 수 있다는 이점이 있으며, 냉각 장치의 복잡성이 크게 감소된다는 장점이 있습니다.

 

현재 초전도체는 다양한 분야에서 이용되고 있으며 연구개발이 계속 되고 있습니다. 초전도기술의 진보는 과학기술의 진보에 큰 영향을 주고 있으며, 앞으로도 새로운 혁신과 응용분야의 확대가 기대되고 있습니다.
 
 

 

 

3. 초전도체의 주요 개발 내용

 
 
1)고온 초전도체의 발견
:지금까지 초전도체는 극저온에서만 작동하는 것으로 알려져 있었지만 산화구라는 간단한 온도에서 초전도 상태를 유지할 수 있다는 이점이 있었습니다. 액체 질소로 냉각하면 냉각 장치의 복잡성이 크게 줄어듭니다. 그 후 고온에서 작동하는 다양한 고온 초전도체가 발견되어 초전도 기술의 적용 범위가 넓어지고 있습니다.
 
2)초전도 디바이스 개발
: 초전도 디바이스는 초전도를 이용한 전자기기 및 전력 시스템에 사용되는 기능 요소입니다. 초전도체는 당초 초전도 디바이스의 개발이 어렵고 실용화가 제한 되어 있었지만, 연구가 진행됨에 따라 초전도 디바이스의 개발이 가능해지게 되었습니다. 초전도 장치는 고속컴퓨터, 자기공명영상(MRI) 장치, 송전 시스템 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
 
3)높은 전기 전도율과 자기장 내성 향상
: 초전도체의 전기 전도율과 자기장 내성은 주요 연구 대상이 되고 있습니다. 연구자들은 다양한 초전도 재료를 개발하고 재료의 결정 구조와 물리적 특성을 제어함으로써 전도도와 자기장 내성을 향상시키는 방법을 연구해 왔습니다. 이것은 초전도체의 성능을 향상시키고 더 많은 용도로 사용할 수 있습니다. 
 
4)용도 다양화
: 초전도체는 처음에는 주로 자기장의 발생과 송전에 사용되었으나 점차 다양한 용도로 확산되었습니다. 초전도체의 특성과 장점은 초전도 자기 센서, 초전도 자기 부품, 초전도 선재 및 송전선, 초전도 자기 원자력 발전소 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
 
 

 

 

4. 초전도체의 주요 응용분야

 
 
자기공명 이미징(MRI): 초전도자석은 강력한 자기장을 생성하여높은 해상도와 이미지 품질을 제공합니다.
 
가속기: 초전도체는 입자 가속기에 사용됩니다. 초전도 자석은 입자의 가속과 제어에 사용되며 고에너지 입자 빔을 생성할 수 있습니다. 고에너지 물리학의 연구와 응용에 중요한 역할을 합니다.

송전: 초전도체는 송전 시스템에 사용됩니다. 초전도 선재는 전력을 고효율로 전송할 수 있으며, 손실을 최소화함으로써 전력 손실을 줄입니다. 장거리 전력 전송 및 전력 공급 안정성 향상에 기여합니다.

자기 구성요소: 초전도체는 자기 구성요소에 사용됩니다. 초전도 자석은 전기 모터, 변압기, 솔레노이드, 선형 모터와 같은 자기 부품에 사용되어 더 높은 효율과 성능을 제공합니다.

과학 연구: 초전도체는 과학 연구에서 널리 이용됩니다. 초전도체는 고온, 저온, 고자장과 같은 극한 환경에서 실험 및 연구에 사용할 수 있습니다. 이를 통해 새로운 재료의 특성을 탐색하고 새로운 기술 개발에 기여할 수 있습니다.

이처럼 초전도체의 응용 분야는 계속 확대되고 있으며, 초전도 기술의 진보에 따라 새로운 분야에서의 사용 가능성이 계속 탐구되고 있습니다.

 

 

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