초전도 제로저항의 세계를 열다

초전도 제로저항의 세계를 열다

$21.09
Description
에너지 혁명을 일으킬 초전도 물질에 관한 국내 유일의 책
과학자뿐 아니라 경제학자, 공무원, 누구나 먼저 알아두어야 할 에너지 혁명의 현장
한국을 대표하는 세계적인 재료과학자인 김찬중 박사가 초전도 연구 35년을 통해 습득한 지식을 정리해서 집필한 책이다. 이 책의 1부는 100여 년 전에 발견된 이후현재까지의 초전도 연구역사와 다섯 차례의 노벨 물리학상 수상, 2부는 고온 초전도체의 발견 이후의 고온 초전도 현상을 밝혀내려는 연구자들의 노력과 연구 중에 발생한 에피소드가 들어 있다.
양자역학이 만들어내는 초전도 현상은 보는 이에게 다양한 상상을 이끌어낸다.“초전도 공중부양 현상은 반중력 현상입니까, 아니면 반자장 현상입니까? 초전도체가 반자장으로 지구 자기장을 막아낼 수 있다면 초전도 현상을 이용해서 미확인 비행물체(UFO, Unidentified flying object)와 같은 것을 만들 수 있지 않을까요?”저항 없이 전기가 흐르는 신기한 과학현상인 ‘초전도(Superconductivity)’는 네덜란드의 물리학자인 오네스에 의해 처음 발견되었다. 그 후 100여 년 동안 오네스(네덜란드), 조셉슨(영국), 바딘-쿠버-슈리퍼(BCS, 미국), 베드노르즈와 뮬러(독일/스위스), 그리고 아브리코소프(구소련)까지 노벨 물리학상 수상자를 다섯 번이나 배출했다. 인류가 100년이란 긴 세월을 초전도란 주제에 대해 연구했지만 아직도 초전도 현상의 정체에 대해 완전히 이해하지 못하고 있다. 1972년 초전도 현상을 이론적으로 설명한 BCS이론이 노벨 물리학상을 받음으로써 초전도의 모든 것이 설명된 것처럼 보였다. 하지만 1986년에 BCS 이론을 설명할 수 없는, 상상할 수 없는 높은 온도에서 초전도가 되는 물질이 발견됨으로써 인간이 자연계에 대해 알고 있는 지식이 얼마나 보잘것없는지가 판명되었다. 고온 초전도체의 발견은 전세계 과학계를 강타했다. 당사자인 베드노르즈와 뮬러는 논문을 발표한 지 단지 1년 후인 1987년에 노벨 물리학상을 받았다. 이후 선진 각국은 일제히 고온 초전도를 연구하기 위해 막대한 정부예산을 투입했고, 과학자들은 초전도 현상의 신비를 밝히기 위해 연구에 매진하였다. 그리고 초전도 현상의 규명과 상온 초전도체를 발견하기 위한 연구자들의 노력은 현재진행형이다.
저자

김찬중

(金瓚中)
1958년경기도기흥출생.
1990년‘고온산화물초전도체합성’연구로한국과학기술원(KAIST)재료공학과에서박사.
1993년미국인디애나노트르담대학(UniversityofNotreDame)에서박사후연구자(PostdoctoralFellowship)과정.
2010년일본동경시바우라공과대학(ShibauraInstituteofTechnology)교환교수.한국초전도학회회장역임
2013년한국원자력연구원영년직책임연구원으로선정.
2013년코이카(KOICA)과학기술전문위원.
2014년(사단법인)나눔과기술공동대표.
SCI국제학술잡지에초전도관련150여편의학술논문게재.
청소년과학강연자인‘과학기술앰배서도(Ambassador)’.
초전도온라인네이버카페‘꿈의소재,초전도(http://cafe.naver.com/supeconductor)’운영자.

저서로《초전도과학교실》이있다.

목차

Part1초전도의역사와노벨물리학상초전도의시작-카멜링오네스|014

완전반자성-마이스너(Meissner)효과|022
실망스러운제1종초전도체|031
제2종초전도체,자기장과타협하다|036
BCS이론,초전도현상을설명하다|050
조셉슨,양자소자를제안하다|061

Part2고온초전도의발견과그이후

고온(高溫)초전도체의발견|072
과학계,흥분과혼란속으로|081
녹색가루(Greenpowder)사건의전말|100
초전도,파티는끝났는가?|108
녹색물질도쓸모가있네|120
씨앗을심자|128
경계에잡힌자기장|138
마에다선생의막자사발|146
보관함에있던그물질이…|157
사라진잠수함-레드옥토버(RedOctober)|166
자석이된초전도체|174
공중에서회전하는휠-에너지를저장하다|186
초전도,어디에사용되나|196

출판사 서평

상온초전도체가가져오는8가지놀라운효과

1.저항으로사라지는전기수백조원회수:발전소에서만들어지는전기의4%가공장이나주택으로이동중에저항으로사라진다.이렇게사라지는전기량은미국의경우일년에22조원이나된다.GDP규모로계산하면중국은16조원,일본은3.3조원,경제십위권의대한민국은1.4조원정도가된다.전세계경제를생각하면수백조원의사라지는전기를회수할수있다.

2.지구온난화억제하는초전도:지금지구촌은석탄,석유와같은화석연료를사용해서전기를생산한다.이산화탄소를배출하는화석연료는대기오염과지구온난화의주범이다.환경변화에따른태풍,홍수,사막화로지구촌은막대한희생을지불하고있다.전기생산과관리에초전도기술을적용하면석탄,석유의사용을줄일수있으므로지구온난화개선에도움이된다.

3.깨끗한에너지관리자초전도기술:석탄,석유는이산화탄소와미세먼지를발생시킨다.지구의환경을보존하려고석탄발전소의건설을억제하고,가솔린,디젤자동차를전기자동차로바뀌고있다.초전도는전기를저장하는장치로도사용된다.초전도도선을도너츠(Donut)같이만들어그곳에전기를흘려주면손실없이전기가영구히흐른다.이원리로초전도배터리를만들수있다.자동차에사용되는화학배터리대신초전도배터리를사용하면전기의입출력이빨라충전이쉽고,사용후에도화학폐기물이발생하지않는다.

4.친환경초전도기술:태양광발전은사용후에수많은태양광폐기물이,전기를저장하는2차전지도화학폐기물이발생한다.이들폐기물을처리하는데부가적비용이요구된다.초전도기술은화학원료나화석연료를사용하지않는물리적인기술이다.전기를초전도발전기로생산하고,초전도선을통해보내고,초전도모터로공장을가동하고,초전도컴퓨터로업무를처리한다.이과정중에화학폐기물이발생하지않는다.그런이유로초전도기술을친환경기술이라부른다.

5.소리없이움직이는초전도선박:선박은모터에부착된스크류(Screw)가회전하는힘으로움직인다.스크류(Screw)때문에선박운행중바다생태계가손상된다.초전도선을감아서자석을만들어그것을잠수함이나선박의모터로사용할수있다.초전도모터에는스크류가없다.초전도자석에서나오는자기장과이때발생하는힘으로물을밀어서선박이이동한다.또한소음이작다.바다에서돌고래가움직이는정도의소리를내며선박이운행한다.

6.작으면서도강한초전도모터:초전도선에는지금일상에서사용하는구리선보다30-50배의전기를흘릴수있다.초전도선을감아서만드는모터는지금사용되는모터보다크기가작으면서도강한힘을발휘한다.공장의기계는모터로움직인다.공장의동력뿐만아니라자동차,선박에사용하는모터를초전도기술로만들수있다.

7.능력이커진초전도컴퓨터:컴퓨터를오래사용하다컴퓨터의온도가올라간다.온도가오르면성능에문제가생기고심할경우부팅이되지않을수도있다.온도가올라가는이유는저항때문이다.초전도는저항이없다.초전도를반도체처럼소자로만들어사용하면열이거의발생하지않는다.또한소자에집적할수있는메모리용량을확대할수있다.거대서버를운영하려면열을식힐강력한냉각시설이필요하다.초전도소자로만든서버라면냉각장치의고민이없어진다..

8.상온초전도:초전도기술은저항제로의기술이다.이기술이실현되지않고있는이유중의하나는현재까지발견된초전도물질의초전도임계온도(초전도현상이나타나는온도)가낮기때문이다.영하200도이하로초전도체를냉각해주려면특별한냉각장치가필요하고이는장치의운영에부담이된다.물론특별한경우,병원에서사용하는핵자기공명장치(MRI)같은장치는영하250도를유지해주는냉각장치를부착해서사용한다.대신사용료가비싸다.이런냉각문제때문이초전도기술이일상에적용되는데한계가있다.하지만상온초전도라면냉각장치가필요하지않으므로활용범위가전기,전자,의료,통신,교통등일상의모든분야로확대될것이다.