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초전도체란 무엇인가?
초전도체를 알아보기 전에 초전도 현상이 무엇인지 알아봅시다.
초전도 현상이란 특정한 물질이 일정한 온도에서 전기 저항이 0에 수렴하는 현상을 말합니다.
즉, 전기를 통과시켰을때 전기 저항이 거의 없어진다는 것입니다.
그런데 문제는 초전도체가 작동하는 온도가 영하 270~영하 수십도의 극저온 환경에서만
가능하다는 단점이 있습니다.
초전도체의 재료
초전도체는 금속, 폴리머 또는 산화물로 만들 수 있습니다.
여기에는 희토류, 바류, 구리, 산화물과 같은 복잡한 세라믹 재료에 재료에 대한 납, 주석 또는 수은이 포함됩니다.
초전도체의 작동원리
초전도체의 작동원리는 두가지 현상에 기반하고 있습니다.
1. 전기저항이 완전히 사라지는 현상은 물질 내의 전자들이 질량과 전기에 대한 양자적 성질을 이용한 것입니다.
2. 저온상태에서 발생하는 원자와 전자의 특수한 배열로 인해 전기 저항이 사라지는 것 입니다.
초전도체의 활용
1. 자기 고정 및 MRI : 초전도자석은 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기공명영상(MRI) 장비에서 사용됩니다. 해당 MRI설비에서 초전도체를 사용하면 더 강력하고 효율적인 자기장을 생성할 수 있습니다.
2. 전력 전송 및 저장 : 초전도체를 사용한 전선이나 케이블은 전기저항이 없어 전력손실이 없습니다. 이는 전력전송 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
3. 초전도 RFQ 및 가속기 : 초전도 RFQ(라인도 주파수 쿼드루폴)와 가속기는 입자 가속기 및 파티클 빔 연구에 사용되며 초전도체를 사용하면 높은 에너지 효율과 강력한 가속기를 구축 할 수 있습니다.
4. 자기열차 : 초전도 마그리브(Maglev)기술을 활용한 고속 자기열차는 접촉없는 방식으로 높은 속도로 이동할 수 있습니다.
5. 양자 컴퓨팅 : 양자컴퓨팅 분야에서도 초전도체는 양자비트를 구현하는데 사용될 수 있습니다.(일반 컴퓨터 : 0과 1을 사용, 양자 컴퓨터 : 0과 1을 사용 및 동시에 0,1을 사용)
6. 과학 연구 및 실험 : 초전도체는 고에너지 물리학 실험, 핵실험, 중성자 조사 등 다양한 과학 연구 분야에서 사용됩니다.