프로그램명 'CBS라디오 <김현정의 뉴스쇼>'를
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■ 방송 : CBS 라디오 <김현정의 뉴스쇼> FM 98.1 (07:20~09:00)
■ 진행 : 김현정 앵커
■ 대담 : 김창영 (서울대 물리천문학부 교수)
초전도체란 무엇인가?
상온·상압 초전도체, 현실화되면 가능한 것들
새로운 초전도체? 제조법 지켜봐야
초전도체. 여러분 초전도체라는 키워드가 다시 급부상하고 있죠. 일단 이게 뭔가 대충 설명을 해보자면. 제가 중학교 과학 선생님처럼 돼야 하는데. (웃음) 한번 들어보세요, 여러분.
물질은 도체와 부도체로 나뉜다. 전기가 통하는 금속류 같은 게 도체고 전기가 통하지 않는 나무니 종이니 이런 게 부도체죠. 과학시간에 다 배우셨어요, 여러분. 그런데 어떤 도체든지 간에 어떤 금속이든지 간에 저항이라는 게 있습니다. 전기가 흐르는 데 방해가 되는 것들이 있는데 이 저항 때문에 전기를 흘려보내면 손실이 생기고 열이 발생해요. 예를 들면 여러분, 우리 휴대폰 오래 쓰면 막 뜨거워지잖아요. 이게 전기 저항 때문이고 그만큼 에너지 손실이 발생하는 겁니다. 그런데 만약 저항이 전혀 없어서 전기 에너지 손실이 0.0001%도 없이 전기 에너지를 흘려보낼 수 있는 그런 도체가 탄생한다면 이건 엄청난 거죠. 이게 바로 초전도체라는 겁니다. 지금도 만들 수는 있어요. 만들 수는 있는데 조건이 최소한 영하 140도, 영하 140도를 맞춰줘야 됩니다. 아니면 압력을 수백만 기압까지 높여줘야 돼요. 그래서 이게 상용화가 안 되고 있는 겁니다.
그런데 만약 상온과 상압, 그러니까 일상에서 바로 쓸 수 있는 초전도체를 만들 수 있다 하면 이거는 천지개벽이고 노벨물리학상 5개를 타도 모자랄 정도의 그 정도의 발견이 되는 겁니다. 이거를 우리나라 연구진이 만들었다고 해서 지난해에 난리가 났었죠. 이름이 LK-99. 그런데 아쉽게도 검증위가 꾸려져서 검증을 해보니까 이건 초전도체라고 보기 어렵다는 거였어요. 그런데 연구진은 아니다. 초전도체 맞는데 불순물이 섞여서 그렇다 이렇게 말을 하고는 계속 연구를 합니다. 그래서 어제 새로 만든 겁니다라고 하면서 미국 물리학회에서 새로 발표를 했습니다. LK-99를. 결과는 어떻게 됐을까요? 그리고 초전도체라는 게 도대체 세상을 어떻게 바꿀 수 있길래 이렇게 떠들썩한 걸까요? 자세하고 쉬운 설명 서울대 물리천문학부 김창영 교수에게 들어보겠습니다. 김 교수님 나와 계세요?
◆ 김창영> 네, 안녕하십니까?
◇ 김현정> 우선 어젯밤에 다시 발표한 새로운 LK-99, 이거의 결과는 어떻게 됐습니까?
◆ 김창영> 제가 직접 가보지 않아서 정확하게 알 수는 없지만요. 여러 가지 정보를 들어보면 발표에서 보여주신 내용이 작년에 보여줬던 그 결과와 크게 다르지 않다는 것입니다. 그리고 또 새로운 조성이 잘못됐기 때문에 이것이 맞는 조성이다라고 주장을 하고 있는데 그거에 대한 증거도 명확히 보여주지 않아서 지금 판단을 할 수가 없는 상태다, 이렇게 해야 될 것 같습니다.
◇ 김현정> 지난번에 검증위에서 이건 아니다라고 한 그 상태에서 크게 달라진 게 없다. 일단 이렇게 지금 보인다는 거군요.
◆ 김창영> 네, 그렇게 봐야 될 것 같습니다. 그런데 어제 발표에서 제조법을 자세히 공개하겠다고 했으니까 앞으로 좀 지켜봐야 할 것 같기도 하고요.
◇ 김현정> 그렇군요. 그렇군요. 아니, 이 초전도체라는 게 도대체 뭐길래 이게 진짜로 상온, 상압에서 만들어지면 천지개벽이다. 노벨물리학상을 5개 탈 거다. 이런 얘기까지 어떻게 나오는 거예요?
◆ 김창영> 초전도체에 대한 설명은 조금 전에 인트로에서 잘 얘기하신 것 같고요.
◇ 김현정> 제가 얘기한 게 맞습니까?
◆ 김창영> 네. 참고로 초전도체라는 것은 1911년에 네덜란드 라이든 대학의 케몰린 온네스라는 과학자가 수은에서 전기 저항이 없어지는 것을 발견해서 시작된 것인데요. 그때 발견된 온도, 우리가 임계 온도라고 하는데 그것이 절대 온도로 4.2도입니다. 이게 섭씨로 바꾸면 마이너스 269도예요. 엄청나게 낮은 온도죠. 그런데 1986년에 발견된 고온 초전도체라는 것은 여기에서 훨씬 높아져서 아까 말씀하신.
◇ 김현정> 영하 140도.
◆ 김창영> 영하 140도 정도에서 되고요. 압력을 많이 가하게 되면 영하 25도 정도까지 올라간 것이 보고가 돼 있죠.
◇ 김현정> 그러면 교수님, 예를 들어서 컴퓨터나 전자제품 같은 거 보면 열 식히려고 이렇게 팬이 돌아가잖아요. 쿨러 막 이런 게 돌아가잖아요. 왜냐면 전기가 통하면 거기서 열이라는 게 늘 발생하고 그래서 휴대폰도 뜨끈뜨끈하고 전기차도 배터리가 과열되면 이거 위험합니다. 이렇게 얘기하고 그게 우리는 전기가 통하면 열이 난다, 이렇게 얘기하지만 사실은 저항이 발생해서 열이라는 에너지로 전기 에너지가 손실되는 과정, 이렇게 이해하면 되는 겁니까?
◆ 김창영> 네, 정확합니다.
◇ 김현정> 정확합니까?
◆ 김창영> 초전도체가 아닌 모든 도체는 전기 저항을 작을지라도 모두 가지고 있게 되죠. 그래서 전류가 흐르는 것을, 전기가 흐르는 것을 방해하기 때문에 그걸 억지로 흐르게 해주면 전기 에너지가 열에너지로 바뀌게 됩니다.
◇ 김현정> 그렇죠. 뜨끈뜨끈하고 그게 에너지 손실도 있고. 그런데 만약 초전도체라는 게 영하 140도가 아니라 지금 이런 상온에서도 쓸 수 있는 상태가 된다면 상압에서도 쓸 수 있는 상태가 된다면 전기 에너지 손실이 하나도 없는 거니까 이거는 인류의 엄청난 발전이 될 거다, 이 말씀. 그런데 지금도 초전도체 물체가 만들어져서 쓰이고 있긴 있다면서요.
◆ 김창영> 그렇죠. 예를 들어서 우리가 몸이 이상해서 병원에 가서 MRI를 찍게 된다. 그러면 MRI는 강한 자기장이 필요합니다. 그런데 보통 도체로는 이러한 강한 자기장을 만들 수가 없어요. 그래서 MRI에서 쓰이는 자석은 초전도체로 만들어집니다. 그리고 또한 수년 전에 수원 근처 신갈변전소하고 흥덕변전소 사이에 초전도를 이용한 전력선을 사용하기 시작했습니다. 이렇게 우리 실생활에서도 쓰이고 있고요.
◇ 김현정> 그런데 걔네들은 어떻게 쓰여요? 그럼 영하나 엄청난 기압 조건 같은 걸 맞춰준 거예요? MRI에는.
◆ 김창영> 그렇죠. MRI에는 액체 헬륨을 써서 절대온도 4도 정도로 유지를 하고 있고요.
◇ 김현정> 절대온도 4도가 뭐예요? 절대온도 4도가.
◆ 김창영> 절대온도 4도가 영하 마이너스 269도입니다.
◇ 김현정> 영하 269도를 맞춰주면서 쓰는 게 MRI예요.
◆ 김창영> 그렇죠.
◇ 김현정> 그래서 그렇게 비싸구나, MRI가.
◆ 김창영> 비싼 이유 중에 하나입니다.
◇ 김현정> 이제 이해가 됐습니다. 여러분 영하 269도를 유지해 줘야지 초전도 상태가 되니까 MRI 값이 그렇게 비싼 건데, 비싼 기계가 되는 건데 만약 상온에서, 상압에서 초전도체를 만들 수 있다고 하면 그럼 가격이 엄청 다운되겠네요.
◆ 김창영> 그렇죠. MRI가 훨씬 많이 보급될 수 있겠고요.
◇ 김현정> 알겠습니다.
◆ 김창영> 넘어가시죠.
◇ 김현정> 여기서 잠깐 조금 들여다봤으면 좋겠는 게 초전도체를 설명하는 유튜브 영상이니 신문 자료니 이런 거 찾아보면 항상 대표적으로 나오는 영상이 저희가 지금 보여드리고 있는데 초전도체 물질이 공중에 붕붕 떠 있는 형상이에요. 무슨 공중 부양하듯이. 이거는 왜 이러는 겁니까?
◆ 김창영> 그것은 마이스너 이펙트라는, 마이스너 효과라는 것 때문에 그런데요. 초전도는 양자역학적인 현상으로 인해서 이해하시기가 쉽지는 않겠지만 양자역학적인 효과로 인해서 자기장을 밀어내려는 성질을 가지고 있습니다. 그래서 자기장을 밀어내는 과정에서는 자석과 초전도체가 서로 밀어내는 그런 척력이 작용하게 되어 있습니다. 그래서 마이스너 효과 때문에 초전도체가 공중에 붕붕 뜨게 되죠.
◇ 김현정> 그러니까 초전도체는 아까 장점, 특징으로 말하자면 전기 저항이 제로인 것이다. 이게 하나가 있는 거고 또 하나의 특징이 자기장을 밀어내는 힘이 큰 게 특성이다, 이런 말씀. 그러면 저렇게 자석 위에다가 올려놨을 때 초전도체를. 그게 붕붕 떠야 초전도체라는 증거가 되는 거네요.
◆ 김창영> 그렇습니다. 저희가 잘 알고 있는 대부분의 초전도체가 이형 초전도체라고 하는데 이러한 초전도체도 자석에 굉장히 잘 뜨게 됩니다. 그래서 유튜브 같은 데서 보시면 여러 가지 동영상들이 많이 나와 있는데 그런 것들이 주로 고온 초전도체를 이용해서 데모를 하거든요. 그런데 그것들이 자석에서 굉장히 잘 뜨고요. 잘 돌아다니죠.
◇ 김현정> 그럼 지금 저 영상에서 저희가 보여드리고 있는 저 샘플은 저거는 진짜 초전도체는 아니에요?
◆ 김창영> 죄송합니다. 제가 지금 영상을 보고 있지 않아서.
◇ 김현정> 저거 초전도체는 맞다라고 밖에서 설명을 해 주네요. 알겠습니다. 저 붕붕 뜨는 영상은 초전도체임을 마치 입증하는 듯한. 내가 초전도체요라고 얘기하는 듯한 그런 입증 영상이다. 이렇게 보시면 될 것 같아요.
◆ 김창영> 그렇습니다.
◇ 김현정> 많은 분들이 상온, 상압의 초전도 물질이 실제로 개발이 되면 인류의 미래가 바뀔 거다, 이런 이야기들을 하는데 뭐가 달라지는 겁니까? 뭐, 뭐가 가능해지는 겁니까?
◆ 김창영> 한 예를 들어본다면 발전을 하고 발전소에서 각 가정이나 사업장에 전력을 보급을 하죠. 그런데 멀리 보내게 되는데 전기를 멀리 보내려면 에너지 손실을 막기 위해서 고압으로 해서 보내게 됩니다. 굉장히 높은 전압이죠. 고압선 우리 주위에 많이 있잖아요.
◇ 김현정> 10만 볼트 고압선 이런 거.
◆ 김창영> 30만 볼트씩 이렇게 보냅니다. 그럼에도 불구하고 수% 정도의 전력 손실을 늘 가져오게 됩니다. 그런데 초전도체로 우리가 상온, 상압 초전도체가 발견된다면 이런 송전선을 다 초전도체로 바꿀 수 있고요. 그렇게 되면 수%의 전력 손실이 없어지니까 예를 든다면 발전소 하나를 안 지어도 되는 그런 굉장히 큰 경제적인 효과가 있고요. 또 하나 중요한 것은 사실은 고압으로 바꿀 필요가 없습니다. 초전도체를 쓰게 되면. 그래서 고압선이 다 없어지고요. 따라서 변전소도 다 없어집니다. 그래서 굉장히 큰 그런 영향을 미치게 되죠. 그다음에 초전도체를 이용하면 큰 자기장을 만들 수 있기 때문에 모터 같은 것을 굉장히 작고 큰 힘을 발휘하는 모터를 만들 수가 있어요. 그런데 우리 주위에 모터가 많이 쓰이거든요. 전기자동차도 있고 이런 것을 작은 모터로 큰 힘을 만들 수 있게 된다면 가벼운 자동차를 또 만들 수가 있겠죠.
◇ 김현정> 이해가 됐어요. 모터를 돌리려면, 자동차가 돌아가는 데 쓰이는 모터를 만들려면 전기 손실까지 다 감안해야 되니까 굉장히 크게 만들어야 되는데 이게 만약 초전도체로 만들 수 있다고 하면 전기 손실이 제로니까 컴팩트하게, 아주 작게 만들어도 되고 그러면 자동차도 작아질 수 있고 휴대폰도 작아질 수 있고 다 작아질 수 있다는 얘기네요.
◆ 김창영> 그렇죠.
◇ 김현정> 그렇군요. 그게 가능할 거고 또 뭐가 가능합니까?
◆ 김창영> 사실은 그 모터라는 것이 우리 일상생활, 이 주위에만 쓰이는 것이 아니라 예를 들어서 선박에서도 쓸 수 있고 전기 발전에서도 쓸 수 있고요. 그래서 굉장히 많은 이곳저곳에서 큰 자기장이 필요한 곳, 이런 곳에서 다 활용이 가능합니다.
◇ 김현정> 자기부상 열차가 예를 들어서 비행기 속도로 달릴 수 있는 그런 열차가 만들어질 수 있다는 건 어떻게 가능해요?
◆ 김창영> 그것도 역시나 자기부상 열차를 만들려면 굉장히 강한 자기장이 필요합니다. 그래서 지금 자기부상 열차 중에 가장 빠른 레코드를 가지고 있는 것이 일본의 자기부상 열차, 몇 년 전에 테스트를 했었는데 그 경우에 시속 600km 정도 나오는데 이 경우에 강한 자기장을 만들기 위해서 초전도 자석을 사용을 했습니다. 그래서 아주 빠르게 가는 자기부상 열차를 만들려면 역시나 초전도 자석을 사용해야 되겠죠. 초전도 자석, 그럼 그것도 영하 269도로 낮춘 거예요?
◆ 김창영> 그렇죠. 고온 초전도체라고 하지만 상당히 여전히 낮은 온도이기 때문에 일본에서 사용한 것은 구리 기반 고온 초전도체고요. 이 경우에는 마이너스 200도 정도.
◇ 김현정> 그것도 고온이 된 거예요. 마이너스 200도가 된 것도.
◆ 김창영> 그 정도면 고온입니다. 아주 처음에 발견된 것은 마이너스 269도였기 때문에 그 정도면 굉장히 고온이죠.
◇ 김현정> 그렇군요. 여러분 그러니까 영하 200도 정도를 유지하면서 초전도체를 쓰려고 하면 이게 가성비가 안 나오는 거예요. 한마디로 말해서. 그래서 가성비 좋은 상온, 상압의 초전도체를 그렇게들 기다리고 있는 건데 이렇게 만들기가 어렵습니까? 어떻게 여태 그 많은 과학자들이 노력했는데도 안 나와요?
◆ 김창영> 사실 그 초전도체가 발견된 역사를 보면 거의 대부분 우연히 발견이 됐습니다. 그래서 고온 초전도체도 우연히 발견이 됐고요. 그 이후에도 여러 가지 초전도체들이 발견이 됐는데 우연히 발견된 거죠. 가장 큰 이유라고 하면 여기서 고온 초전도가 되는 온도를 임계온도라고 하는데 임계온도를 이론적으로 정확히 예측하기가 굉장히 힘들어요. 현재 이론으로도 불가능합니다. 그래서 그 이론으로 예측이 안 되기 때문에 어떤 물질을 만들어야 될지 알 수가 없는 것이죠. 그래서 우연히 발견되는 겁니다.
◇ 김현정> 하나하나 다 실험을 해볼 수밖에 없는 거군요. 이렇게도 해보고 저렇게도 조합해보고 막 하다가 어느 날 발견이 될 그날을 기다리고 있는 건데 지금 우리나라 업체가 이번에도 검증에 사실상 실패한 걸로 보입니다. 지금까지는 실패한 걸로 보이고 더 기다려봐야 되는 걸로 보이는데 우리나라가 좀 앞서가고 있는 건 사실이에요?
◆ 김창영> 초전도 분야가 보통 일반 사람들이 생각하는 것보다 굉장히 다양합니다. 그래서 초전도가 왜 일어나는가, 이런 것을 밝히는 노력을 하는 기초학문 분야에서부터 선재를 만드는 송전선, 이런 데 쓰이는 전선을 만드는 선재를 만드는 분야도 있고요. 그다음에 그 선재를 이용해서 자석을 만드는 분야도 있고 그다음에 또 이런 자석을 이용해서 응용기기를 만드는 분야도 있고 그런 것을 위해서 온도를 낮추는 기기를 만드는 분야도 있고 굉장히 다양하거든요. 그런 분야에서 선재와 자석을 만드는 분야는 전 세계적으로 거의 가장 앞서 있다고 볼 수가 있습니다.
◇ 김현정> 여기까지 교수님 고맙습니다.
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