초전도 용도와 재료의 정의에 대해 갈켜주세요.ㅜㅡ 빨리요.. 내공10

흠 용도와 재료라 너무 광범위 하야 일단 초전도 체에 대해서 설명해보죠

 

초전도현상과 초전도체

초전도현상(Superconductivity)이란 어떤 물질이 적절한 조건 하에서 물질의 전기저항(Electric Resistance)이 완전히 사라지는 특성과 자기장을 배척하는 완전반자성(Perfect Diamagnetism) 특성을 갖게 되는 현상을 말한다. 초전도란 지칭은 전기저항이 제로이기 때문에, 우리가 알고 있는 어떠한 물질보다도 전기전도성이 비교할 수 없을 정도로 뛰어나 '최고(Super)의' 전도체(Conductor)라는 의미로 붙여진 이름이다. 초전도체가 되기 위한 적절한 조건에는 온도(Temperature), 자기장(Magnetic field) 및 전류(Current) 등이 있다. 상온에서 초전도성을 나타내지 않는 물질이 적절한 조건 하에서 초전도체로 변하는 것을 정상상태(Normal State)에서 초전도상태(Superconducting State)로의 전이(Transition)라 하는데, 특히 열역학적인 초전도상태에서 초전도체가 외부자기장과 통전전류가 없는 상황에서 초전도성을 나타내는 최고의 온도를 임계전이온도(Critical Transition Temperature)라고 한다. 초전도물질은 종류에 따라 고유의 임계전이온도를 가지며, 보통의 저온초전도체들은 ~20K(-253℃, 여기서 K는 Kelvin의 약어이며 절대온도를 의미함) 이하이다. 일반적으로 초전도 현상이 일어날 수 있는 상황은 3가지 기본조건인 온도, 자기장의 세기 및 전류밀도에 따라 달라진다.

그렇다면 초전도체란 무엇일까?

흔히 물질을 전기적 저항에 따라 분류하여 도체(Conductor)와 부도체(Insulator)로 나눌 수 있다. 도체란 열(Heat) 또는 전기(Electric)의 전도율(Conductivity)이 비교적 큰 물질들인 구리, 철 등의 금속같은 물질을 말하고, 부도체란 열(Heat) 또는 전기(Electric)의 전도율이 비교적 작은 물질들인 나무, 돌과 같은 세라믹 산화물들을 말한다. 초전도체는 이러한 여러 가지 도체 중에서 통전전류에 대한 전기저항이 전혀 없는 '완전도체'라 할 수 있다. <!--어떤 물체에 전류가 흐르면 물체에는 전류의 제곱과 물체의 저항을 곱한 값의 열이 발생하게 되고, 이로 인해서 에너지의 손실이 크게 되지만, 전기저항이 없는 초전도체의 경우 에너지의 손실 없이 훨씬 더 많은 양의 전류를 멀리 보낼 수 있게 됩니다. 예를 들어 아래 그림과 같은 초전도체로 된 고리에 전류를 흘려 주면, 저항이 없기 때문에 초전도체를 따라 흐르는 초전류는 감쇠하지 않고 영원히 흐르게 됩니다. -->

초전도체란 위와 같답니다 그렇다면 이런 초전도체가 어던 용도로 쓰이는가 하면 아래와 같은 일이 가능하답니다

 

 

초전도체의 응용분야는 응용하는 초전도물질의 형태에 따라 나누거나 혹은 응용하는 분야에 따라 나눌 수 있다. 응용물질의 형태에 따라 나눈다면 선재 응용과 박막 응용으로 나눌 수 있다. 선재 응용에는 손실이 없는 송전선, 강한 자기장이나 아주 안정한 자기장을 발생시키는 초전도자석, 에너지저장장치, 모터, 발전기 등 많은 전류를 발생 또는 수송하는 전력계통 응용과 초전도 자기부상열차, 초전도추진선박 등 교통분야의 응용 등이 있다. 박막 응용의 경우에는, 박막의 저전류손실 특성을 이용한 수동소자와 조셉슨접합 등 초전도접합을 이용한 능동소자가 있는데, 수동소자에는 저손실 고주파통신 등의 응용을, 능동소자에는 SQUID(초전도양자간섭장치, Superconducting Quantum Interference Device) 등과 같은 생체자기응용, 초고속 디지털소자 응용이 가능하다. 초전도체의 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.

 

 

그럼 마지막으로 초전도 재료라 하면 초전도 현상이 일어나는 재료 라 할 수 있죠 현재 알려져 있는 초전도체는 니오브 ·바나듐과 같은 원소를 함유하는 합금, 또는 금속화합물인데, 그 중에서도 잘 알려져 있는 것은 니오브-지르코늄(지르코늄 약 20 %)합금, 니오브-티탄(티탄 약 40 %)합금, 니오브-주석의 화합물 Nb3Sn 및 바나듐-갈륨의 화합물 V3Ga 등이다. 이들 재료가 초전도현상을 보이는 온도의 상한(上限)은 각각 10.8 K, 9.7 K, 18.0 K,14.5 K이라고 합니다

 

 

이상 여기저기서 끍어 온 허접 답변 이었습니다