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초전도 벌크자석 장치와 산업응용

전문가 제언: ○ 액체질소온도보다 높은 임계온도(Tc)의 구리산화물 초전도체가 발견된 지 20년이 지났다. Tc는 그 후 150K까지 상승하였다. 고온초전도체라고 불리는 이 재료는 종류도 많거니와 전기와 관련된 모든 분야에서 응용이 가능하다. 과학기술인은 물론이고 과학에 별 관심이 없는 일반인들도 흥미를 가질만한 놀라운 발견이었다.

○ 고온초전도체에 관한 연구는 지금도 계속되고 있다. 초기의 예상했던 놀라운 응용은 아직 실현되지 않았으나 가능성은 여전하다. 이 물질이 4～5개의 원소로 구성된 세라믹 화합물이어서 선재를 제조하는 데 어려움이 있으나 수 ㎞의 장선제조에 성공하였다. 초전도 모터, 초전도 변압기, 한류기 등의 시제품도 개발되었다.

○ 고온초전도체의 응용 중에서 가장 간단한 형태로 가능한 것이 벌크(bulk)이다. 그래서 가장 먼저 실용화되었다. 초전도 전류 리드(lead)가 한 예이다. 특히 고온초전도체 벌크는 종래의 금속초전도체와 달리 자기화하면 영구자석과 같은 거동을 보인다. 새로운 응용분야가 생겼다.

○ 여기서는 강한 펄스 자기장을 사용하여 쉽게 고온초전도체를 자기화하는 방법을 소개하였다. 2단계 자기화방법으로 수 T의 고자기장을 갖는 유사 영구자석을 제작하였다. 이미 에너지저장용 플라이휠 등에 벌크자석이 사용되고 있으며 새로운 응용이 연구 중이다.

○ 자석의 응용분야는 광범위하고 특히 액체헬륨과 같은 냉매를 사용하지 않고 저온냉동기로 냉각하여 고자기장을 발생할 수 있으므로 응용분야가 더욱 확대될 것이다. 국내에서도 고온초전도 벌크연구가 원자력연구원을 중심으로 수행되고 있다. 작은 규모라도 더 많은 그룹이 연구할 수 있는 여건이 아쉽다.

○ 고온초전도체는 지난 20년간 응용 측면에서 많은 좌절이 있었다. 발견초기에 기대가 너무 컸고, 성급하게 성과를 내려는 점도 문제였다. 이제 벌크를 시작으로 예상했던 응용은 물론이고 예상 외의 응용분야도 열리리라고 생각한다.

저자: Hiroyuki Fujishiro
자료유형: 학술정보