초전도체 superconductor 특성 활용 쓰임 설명 explain

초전도체 superconductor 활용 쓰임 설명 explain

초전도체는 어떤 임계온도 이하로 냉각되면 전기저항이 0이고 자기장이 방출되는 물질이다. 이 현상은 1911년 네덜란드의 물리학자 하이케 카머링흐 온네스가 수은의 전기저항이 절대영도(-273.15도 또는 0켈빈) 근처에서 극도로 낮은 온도에서 사라진 것을 관찰하면서 처음 발견되었다.

초전도체의 주요 특성

전기저항0: 초전도체가 임계온도 이하로 냉각되면 전기저항이 효과적으로 0으로 떨어진다. 그 결과, 저항으로 인한 에너지 손실없이 전류가 재료를 통해 흐를 수 있다. 이 특성은 다양한 실제 응용 분야에 매우 바람직하다.

마이스너 효과: 초전도체는 내부에서 자기장을 방출하는 마이스너 효과를 보여준다. 초전도체에 자기장이 가해지면 반대 자기장을 발생시켜 효과적으로 자기장의 방출로 인해 자석이 초전도 물질 위로 떠다니도록 만들 수 있는 잘 알려진 부상효과로 이어진다.

임계온도(Tc): 각 초전도체에는 초전도 거동을 나타내는 특정  임계온도가 있다. 임계온도는 재료에 따라 달라질 수 있으며 몇 켈빈(-273도)에서 최근에 발견된 특정 초전도체의 높은 온도까지 다양하다.

초전도체의 종류: 초전도체는 두 가지 주요범부로 분류될 수 있다. - Type I과 Type II, Type I는 초전도체는 임계온도 이하로 모든 자기장을 방출하는 반면, Type II 초전도체는 일부 자기장이 양자화된 소용돌이의 형태로 내부를 관통하도록 한다.

초전도체의 응용: 초전도체에는 다음과 같은 다양한 응용 분야가 있다.

의료진단의 자기 공명 영상(MRI) 기계 / 자기부상열차 / 입자가속기 및 기타 고에너지 물리학 실험 / 고감도 자력계 및 센서 / 에너지 손실을 최소화한 전력 전송(초전도전력 케이블) / 양자 컴퓨팅 및 양자 정보처리 

초전도체의 주요과제 중 하나는 초전도 특성에 필요한 낮은 온도를 달성하고 유지하는 것이다. 연구자들은 임계온도를 강화하고 초전도체를 더 광범위한 적용에 더 실용적으로 만들기 위해 새로운 물질과 기술을 계속 탐구하고 개발하고 있다.

초전도체는 전기 저항이 0이고 자기장을 방출할 수 있는 고유한 특성으로 인해 다양한 분야에 걸쳐 광범위하게 적용되고 있다. 초전도체의 주요 활용 분야로는 다음과 같은 것들이 있다.

1) 자기공명영상(MRI): 초전도 자석은 의료영상에 사용되는 MRI 기계의 필수 구성요소이다. 강하고 안정적인 자기장을 만들어 환자에게 피해를 입히지 않고 내부 신체 구조의 세밀한 영상촬영을 가능하게 한다.

2) 고속 자기부상열차: 자기부상열차에서 마찰없는 부상과 추진력을 달성하기 위해 초전도 자석이 사용된다. 이러한 열차는 매우 빠른 속도를 달성할 수 있고 전통적인 열차에 비해 더 에너지 효율적이고 조용한 이동수단을 제공한다.

3) 입자가속기: 초전도 자석은 LHC와 같은 기초연구에 사용되는 입자 가속기에서 중요한 역할을 한다. 그들은 대전된 입자를 높은 에너지로 유도하고 가속하기 위해 강력한 자기장을 만든다.

4) 전력 전송: 초전도 전력 케이블은 무저항으로 인한 에너지 손실을 최소화하면서 전기를 전송할 수 있다. 이는 원거리 전력전송의 효율성을 크게 향상시켜 에너지 낭비를 줄이고 그리드 안정성을 향상시킬 수 있다.

5) 자기부상장치: 초전ㄴ도체는 고속 이동 수단, 자기 베어링 및 플라이휠 에너지 저장을 포함한 다양한 응용분야를 위한 안정적인 부상 플랫폼을 만드는 데 사용될 수 있다.

6) 감지 및 감지기: 초전도 센서는 자기장, 온도 및 기타 물리적 매개 변수에 대한 높은 민감도로 인해 지구 물리학, 천문학 및 재료 테스트와 같은 다양한 분야에서 사용된다.

7) 양자컴퓨팅: 초전도 큐비트는 양자 컴퓨팅 기술 개발의 선도적인 접근법이다. 양자 프로세서에서 양자정보를 인코딩하고 조작하는 데 사용된다.

8) 전자기 연구와 핵융합로: 초전도체는 연구목적으로 강한 자기장을 발생시키는 데 사용되며 토카막과 같은 핵융합로에서는 고온의 플라즈마를 억제하고 제어한다.

9) 전기모터 및 발전기: 초전도 물질은 모터 및 발전기, 특히 높은 자기장 및 높은 에너지 효율이 요구되는 분야에 사용될 수 있다.

10) 에너지 저장: 초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시스템은 전기 에너지를 자기장 형태로 저장하고 필요할 때 전기로 방출할 수 있어 전력망 안정화 및 백업 전력 제공에 유용하다.

그들의 엄청난 잠재력에도 불구하고, 초전도체의 광범위한 채택은 초전도성에 필요한 낮은 온도를 유지하기 위한 극저온 냉각의 필요에 의해 제한되어 왔다. 연구자들은 초전도체의 실용적인 적용을 확장하고 다양한 산업에서 그것들을 더 경제적으로 실행 가능하게 만들기 위해 새로운 물질과 혁신적인 냉각기술을 계속 탐구하고 개발하고 있다.