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30T 이상의 고자기장을 발생시키는 원형 다심 구리산화물 초전도선재

전문가 제언: ○ 구리산화물 고온초전도체(HTS)가 발견된 지 30년이 가깝지만 아직 우리 주변에서 HTS를 사용한 제품을 발견할 수 없다. 대표적인 초전도 응용인 자기공명 영상장치(MRI)와 입자가속기에 들어가는 초전도자석은 아직도 Ni-Ti, Nb3Sn과 같이 극저온으로 냉각해야하는 저온 초전도체를 사용한다. 그 주된 원인은 HTS를 사용하는데 필수적인 길이가 긴 선재를 제조하기 어렵기 때문이다.

○ 그간 개발된 (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10-x(Bi-2223)와 YBa2Cu3O7-x(YBCO 또는 REBCO, RE=희토류) 선재가 일부 상용화되었지만, 높은 생산비와 HTS의 물성 및 형태의 비등방성이 문제가 되고 있다. 본고에서 소개하는 Nb계 초전도선재와 같은 형태의 Bi2Sr2CaCu2O8-x(Bi-2212) 다심 원형선재는 그런 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. Bi-2212 도체는 100bar의 고압으로 제조하며, 엔지니어링 전류밀도 JE가 고자기장 자석 영역에서 Bi-2223나 REBCO보다 높다. 만일 Bi-2212에 사용한 다심 원형 선재제조기술을 본질적으로 자기적 특성이 우수한 REBCO에 적용하거나 역으로 Bi-2212 원형선재의 성능을 REBCO 수준으로 올릴 수 있다면 HTS의 상용화에 획기적 전기를 이룰 가능성이 있다.

○ 1세대(1G) 선재라고 부르는 Bi-2223선재의 개발은 일본이 선도적이다. 전력케이블과 선박용 대형 모터의 개발이 상용화 직전 단계이다. 다만 Bi계 선재는 테이프이고 비싼 은을 피복제로 사용하므로 한계가 있다. 2세대(2G) 선재인 REBCO 코팅도체는 특성이 우수한 반면 제조과정이 훨씬 복잡하다. 미국 에너지부(DOE)에서 주관하는 과제에서는 2G 선제의 개발과 응용에 초점을 맞춘다.

○ 국내의 경우는 국책과제인 ‘차세대 초전도 응용기술 개발’에 2G 선재개발이 포함되어 10여 년간 수행되었으며, 현재도 기업에서 2G 선재를 개발하고 있다. 여기에서 소개하는 다심 원형선재는 Nb3Sn 선재와 비슷한 점이 많다. 국내기술로 제작한 초전도 핵융합장치(KSTAR)의 제작과정에서 세계적 수준의 초전도선재기술을 확보한 국내 기업이 참여할 수 있는 좋은 기회이며 정부에서 지원이 필요한 시기라고 생각한다.

저자: D C Larbalestier et al
자료유형: 학술정보