초전도의 정의 및 이론, 미래

목차

1.초전도란

2.BCS 이론, 마이스너 효과, 조셉슨 현상

3.초전도의 종류

4.YBCO 제조방법

5.응용

6.초전도의 미래

본문내용

이용하고, 조셉슨 효과를 이용하는 경우가 많고 무저항성과 완전 반자성을 이용하는 경우도 있다.
(1) 전자 공학 분야에서의 응용
* 초초 LSI (ULSI보다 더 고밀도로 집적된 LSI )와 초전도
* 단결정 제조 장치
* 전사 장치
(2)고온 초전도 박막 응용
* 수동 고온 초전도 극초단파 소자
* 저항 방사열계와 빠른 광 검출기
* 하이브리드 소자 구조
* 터널 접합과 SQUID
(3) 의료 및 생체 과학에의 응용
* 자기 공명 진단 장치 - 인체를 구성하는 물의 수소 원자 핵이 강한 자기장에 놓이면 그 스핀에 의해 분자들이 자기장의 방향으로 가지런히 모인다. 이에 직각 방향으로 고주파자기장을 가해주면 특정 주파수에 의해 스핀이 공명을 일으킨다. 이를 핵자기공명(NMR) 이라고 부르고 , 이를 이용한 공명 장치가 자기 공명 진단 장치이다.
* SQUID 자속계 - 인체는 미소 전류(미소 자기 발생)에 의해 동작되고 있는데 SQUID 자속계에 의해서 이런 아주 미약한 자기장을 측정할 수 있어 보다 정확하고 조기에 병의 근원을 발견 할 수 있다
전도체의 응용분야별로 나누어보면 위의 초전도 응용나무에서 볼 수 있듯이, 의료, 수송, 전자, 전력, 에너지, 고에너지물리, 기계분야로 나눌 수 있다.
의료분야에서 응용할 수 있는 것으로는 SQUID, MRI(Magnetic Resonance Imaging), NMR(핵자기공명, Nuclear Magnetic Resonance), 자기차폐장치가 있다. MRI는 초전도코일에 의하여 강력한 자장을 신체에 투과하여 극히 초기상태의 암은 물론 뇌를 비롯한 신체의 기능이상을 조기에 진단할 수 있어 질병의 공포로부터 해방되게 한다.
또 SQUID에 의한 초감도 자기센서가 완성되면, 현재 지자기의 1/150억에 해당하는 자기를 감지할 수 있고, 또한 뇌자기의 미묘한 변화를 탐지하고 뇌의 활동을 해명하고 해석하는 일이 가능해진다.
초전도기술을 수송시스템에 적용한다면, 환경친화적인 전자추진선, 자기부상열차, 우주정거장, 엘리베이터 등으로 응용될 수 있다. 초전도 자석에 의해서 발생되는 자장을 이용하면 소리 없이 고속으로 이동이 가능한 잠수함을 만들 수 있고, 초전도자기부상에 의한 리니어 모터카(자기부상열차)는 시속 500km 이상까지의 속도로 주행하는 것이 가능하여, 눈 또는 비와 같은 기상조건에 구애되지 않고 서울-부산간을 1시간대에 주파하여 일일통근권에 들게 할 수 있다.
전자분야에서는 전류리드선, 이동통신 기지국용 및 위성통신장비, 현재 데스크 탑 부피의 수퍼컴퓨터, 초전도 전자소자, 초전도 양자간섭소자 등으로 응용되어 정보 인프라 구축의 발판이 되는 제품들을 만들 수 있다.
고에너지 물리분야에서는 대형 가속기나 방사관장치에 이용될 수 있다. 초전도자석의 강력한 자장을 이용하여 핵융합발전을 하게 되면 인공태양과 같은 새로운 개념의 에너지를 생산할 수 있다. 21세기의 새로운 에너지자원으로 주목 받고 있는 핵융합발전은 해수 중에 무한히 함유되어 있는 중수소를 연료로 사용함으로써 방사성 폐기물이 거의 없는 깨끗한 에너지를 생산하고 사용할 수 있게 된다.
기계분야에서는 초전도모터와 무접촉 자기베어링, 그리고 이를 응용한 플라이 휠(Fly wheel) 등으로 응용될 수 있으며, 마지막으로 천연자원이 부족한 한국에서 가장 필요로 하는 고효율, 친환경적인 전력에너지 관련기기로 응용할 수 있다.
전력케이블, 발전기, 변압기, 차단기 등에 상전도 코일 대신 초전도코일을 사용하게 되면 기본적인 설계부터 초소형, 고효율의 전력기기들을 만들 수 있다. 또한 초전도 전력저장(SMES)을 이용하면 각 지역 또는 대륙에서 심야의 잉여전력을 초전도 전력저장장치에 비축하고 이것을 낮동안의 수요지역으로 전력 손실 없이 수송함으로써 에너지의 효율적인 이용은 물론 전력의 국제무역을 가능하게 된다. 이렇게 초전도체를 응용하게 되면 기존의 기기에 비해 전력 소모와 손실이 적고, 작동 속도가 빠르며, 환경친화적인 동시에 감도가 높아진다.
6. 초전도의 미래(추가조사)
21세기에서는 초전도 혁명이 그 모습을 서서히 드러낼 것으로 예측된다. 초전도체 의 응용분야는 상당히 넓기 때문이다. 전력기기부터 전자디바이스까지 모든 분야에 걸쳐 응용 이 가능하다. 전력응용 측면에서 볼 때 초전도선재가 개발되면 현재 구리로 되어있는 선재들의 낮은 효율 을 상당히 높여 열로 발생되어 아무 소용없이 소모되는 전력을 실제로 쓸수 있는 전력으로 돌릴 수 있다. 따라서, 상당한 전력의 save가 가능하게 된다. 그리고, 상전도로 제작되는 기기들에 초전도체가 상 전도체를 대체하게되면 기기들이 효율에서도 상당한 발전을 얻을수 있을것이며, SMES(Superconducting magnet Energy Storage)나 초전도한류기(Superconducting Fault Current Limiter;SFCL)등의 기기 개발로 인한 전력의 원활한 공급 및 기기 보호에서도 현재에는 기대할 수 없는 효과를 얻을 수 있을 것으로 예측된다.
그리고, 전자 디바이스에의 적용으로 현재 반도체를 대신하여 초전도로 제작된 칩을 쓰게되 면 현재의 컴퓨터보다 월등히 빠른 컴퓨터의 제작이 가능하다. 의료 기기에서의 응용도 현재 전망이 밝다. 초전도 MRI(Superconducting Magnetic Resonance Instrument)나 SQUID(Superconducting Quantum Interface Device) 등의 기기 개발로 인체의 진단에 있어 현재보다 월등히 정확해지게 되어 오진의 방지 및 발병의 초기진단 가능으로 인간의 수명을 보다 길게 연장시킬 수 있을 것이다.
수송분야의 혁명도 기대되는데 일본, 독일, 미국 등에서 개발중인 초전도자기부상열차 (Superconducting Magnetic Leviation Vehicle)는 현재 고속철도차량에 비해 훨씬 높은 속도를 갖게 되어 육상 수송에서의 혁명이 기대된다. 그리고, 환경 오염 등의 중요한 문제가 해결될 경우 초전도전자추진선 (Superconducting Electromagnetic Propulsion Ship)도 전망이 밝아질 것이다.

키워드

초전도,   BCS 이론,   마이너스 효과,   조셉슨 현상,   YBCO,   초전도체