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(가) 전류를 쉽게 흘려주는 물질은 전기 저항이 작아 ‘도체’라고 부른다. 구리를 비롯해 모든 금속은 도체이고, 금속이 아닌 물질 중에서도 흑연처럼 비교적 저항이 작아서 도체로 분류되는 물질도 있다. 그러면 ‘초전도체’는 무엇인가? ‘초전도’는 전기전도성이 특별히 좋은, 혹은 반대로 전기 저항이 특별히 0인 현상을 의미한다. 따라서 초전도체는 전기 저항이 전혀 없는 물질을 말한다.
(나) 어떤 물체를 통과하는 전류의 크기가 I이고 그 물체의 저항이 R일 때, 그 물체에서는 매초 I2R의 열이 발생한다. 이렇게 전류가 흐르면서 발생되는 열을 이용한 것이 전기다리미 등 각종 전열기이다. 하지만 반대로 열은 전류의 손실을 의미한다. 발전소에서 사용자에게 전기를 전달하는 구리 도선도 저항이 매우 작기는 하지만 0은 아니다. 또한 도선이 길어질수록 저항이 커져 실제로 가정까지 오는 동안 도선에 발생하는 열로 많은 에너지가 손실된다.
(다) 초기의 초전도체는 단순히 현상 자체가 흥미있는 연구의 대상이었을 뿐 이를 실생활에 응용하려는 시도는 별로 없었다. 또한 초전도 현상을 유도하기 위해서는 액체 헬륨을 사용해야하는데, 헬륨은 비쌀뿐더러 그것을 액체로 유지하기 위한 냉각시설에도 많은 비용이 든다. 그러나 이러한 단점에도 불구하고 근래에는 초전도체를 응용하려는 시도가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 가장 관심을 모으는 곳은 열이 발생하지 않으면서도 강한 자기장을 필요로 하는 설비들이다. 초전도체는 저항이 0이므로 적은 전류로 강한 자기장을 만들면서 열을 내지 않는다. 지름 4cm인 코일에서 15테슬라*의 자기장을 만들려면, 약 5천kW의 엄청난 전력이 필요하지만, 초전도체 자석을 쓰면 4.2kW의 전력으로도 충분하다.
(라) 1986년 스위스의 베트노르츠와 뮐러는 -243℃에서 저항이 감소하기 시작해 -260℃에서 저항이 0이 되는 물질을 보고했다. 임계온도*는 그다지 높지 않았으나 초전도상태가 기대되지 않던 물질에서 초전도 현상이 관찰된 것이 특이했다. 그런데 그해 12월에 다른 연구자가 같은 물질이 -243℃에서 초전도가 이루어지는 것을 보고했다. 그 후 비슷한 결정 구조를 가진 여러 물질이 차례로 연구돼 무려 -175℃ 정도의 높은 온도에서 초전도체가 되는 물질들이 연달아 발견돼 전 세계는 고온 초전도체 열풍에 휩싸이게 됐다. 이 온도는 액체 헬륨보다 상대적으로 값이 훨씬 싼 액체 질소의 온도이고, 액체 헬륨에 필요했던 냉각 시설도 훨씬 단순화할 수 있기 때문이다.
(마) 초전도체로 만든 코일의 응용 분야는 무궁무진하다. 지금 병원에서 진단장비로 쓰고 있는 자기공명영상장치(MRI)는 그 대표적인 예이다. 그리고 초전도 코일은 강력한 자기장으로 반대 극성의 자석을 밀어올리는 방식으로 레일 위를 떠서 움직이는 자기부상열차를 만들 수 있다. 군사용으로는 강력한 자기장을 발생시켜 지상의 전기전자시스템을 파괴하는 무기로도 활용이 가능하며, 초고속 위성통신에도 적용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 따라서 이에 대한 과감한 투자가 있어야 할 것이다.
-김은숙 <전자쌍이 만드는 초전도 전류>에서
