초전도 현상에 대해서 설명해 주실 수 있으신가요

Question

자기부상열차의 원리가 초저온도 현상에 의한 전자석 때문이라고 들었는데요 여기서 초저온도 현상이 무엇인가요 어떻게 전자석이 되는 건가요

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

초전도 현상이란 임계 온도 이하의 초저온에서 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 전기 저항이 사라져 전류가 장애 없이 흐르는 현상을 말하지만, 또는 어떤 물질이 전기 저항이 0이 되고 외부 자기장과 반대방향의 자기장을 형성하는 반자성을 띄게 되는 현상을 말하기도 합니다.

사실 저항을 가지는 물질의 온도가 영하 240도 이하로 매우 낮거나 구리나 은과 같은 도체의 경우에는, 불순물이나 다른 결함으로 인해 저항이 어느 값 이상으로 감소하지 않는 한계가 있으며 절대영도 근처에서도 실제 구리의 저항은 0이 아닙니다.

하지만 초전도체의 저항은 온도가 임계 온도보다 아래로 내려가면 갑자기 0으로 떨어지게 됩니다. 초전도 전선으로 된 고리를 흐르는 전류는 전원 공급 없이도 계속 흐를 수 있는 것이죠.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

전전기저항이 없는 초전도체로 강력한 전자석을 만들어 자기부상열차에 적용하면, 차체를 선로에서 10cm 정도 띄워 제트기 수준의 초고속(시속 약 900km) 운행이 가능합니다.

초전도체란 임계온도 이하에서 전류를 흘려주면 전자 하나하나가 아닌 두 개의 전자가 짝을 지어 형성하는 쿠퍼쌍(전자쌍)으로 전류가 흐르며 전기저항이 없어지는 특이한 성질을 보이는 물체입니다.

초전도는 양자 역학적 현상으로, 가령 초전도 전선으로 된 고리에 전류를 흘릴 경우 전원 공급 없이도 무한히 전류가 흐르게 되며, 매우 센 전류를 흘려 강한 자기장을 만들면 자기부상을 유도할 수 있습니다.

이를 이용하면 현재까지 상용화된 자기부상열차와는 차원이 다른 새로운 초고속 교통수단을 구현할 수 있는 것입니다. 문제는 상온에서 작동 가능한 고온 초전도체가 필요하다는 것입니다.

현재의 과학기술 수준에서 초전도 전자석을 유지하려면 액화 헬륨 등을 활용해 그 온도를 초저온으로 유지해야 하므로, 경제성을 확보할 수 없어 상용화가 불가능한 상태입니다.