초전도의 실상

김석환 지음

주식회사 평산리서치 2023년 08월 18일 출간

작품소개

책소개

초전도체란 특정 온도 이하의 온도에서 전기 저항이 0이 되는 물질을 말한다. 그래서 초전도를 이용하면 손실 없이 송전도 가능하고 엄청나게 강력한 전자석을 만들 수 있다고 말한다. 그런데 실제로 초전도가 이용되는 곳은 MRI 등 아주 특별한 몇몇 장치 뿐이다.
필자는 40 년 가까이 초전도를 연구한 사람이다. 최근 상온 초전도에 대한 관심이 뜨거워지면서 많은 질문을 받았는데, 대부분의 사람들이 초전도에 대한 환상을 가지고 있다는 것을 알았다.
이 책은 그래서 쓴 책이다. 엄청난 변화가 있을 것 같은데 지금까지 왜 변화가 일어나지 않았는지? 상온 초전도체가 발견되면 어떤 일이 일어날 것인지 등에 대해 설명한다. 물리학적 원리에 기반해서 “뭐가 가능하다”는 설명을 하는 책이 아니다. 40 년 간 초전도를 사용하기 위해 실제로 일했던 경험을 바탕으로 설명하는 책이다.

목차

0. 책을 쓰는 이유

1. 글을 시작하면서

2. 나의 초전도 연구 이야기
2.1 초전도에 매료되다
2.2 초전도 연구실에서 석사, 박사 과정을
2.3 여러 나라를 다니면서 연구하다
2.4 초전도체의 성질
2.5 고온 초전도체의 발견
2.6 고온 초전도체의 성질
2.7 붐은 사그라들고
2.8 고온 초전도체의 안정화

3. 아주 조금 더 전문적인 설명
3.1 저항과 초전도
3.2 초전도체의 손실
3.3 초전도 전자석의 안정화
3.4 고온 초전도 전자석은 생각보다 어렵다
3.5 초전도 전자석의 안정도 평가
3.6 상온 초전도체가 발견된다면

4. 에필로그 : 솔직한 이야기

책 속으로

초전도체는 저항이 0이라서 전기가 흐를 때의 손실이 다 없어지고, 무한한 전류를 흘릴 수 있으므로 전기를 사용하는 모든 장치에 혁명이 일어난다는 이야기가 오가고 있다. 우리나라에서 발견하면 세계를 지배할 수 있고, 기후 위기에서 벗어날 수 있다는 말까지 나온다.
맞는 말일까? 결론적으로 말하면 ‘말도 안 되는 소리’이다. ‘어린이 과학 교실’에서 어린이들에게 꿈을 심어주기 위해 이렇게 말한다면 그나마 이해가 되지만 이걸로 언론이 시끌시끌하고 주가가 요동치는 것은 거의 ‘도깨비 장난’처럼 보인다.

일반인이 알고 있는 초전도는 ‘온도를 어느 이하로 내려주면 저항이 0이 되어 전류를 마음대로 흘릴 수 있고 엄청나게 강한 자기장을 만들 수 있다’는 것인데, 현실은 그렇지 않다. 초전도체가 감당할 수 있는 전류와 자기장에는 한계가 있다. 초전도성이 나타나는 온도를 ‘임계온도’라고 부르는데, 초전도체에는 임계 온도 뿐만이 아니라 ‘임계 전류(정확히는 임계 전류 밀도)’와 ‘임계 자기장’도 있다.

초전도 현상이 발견된 것은 1911 년이었다. 그리고 지금까지 설명한 저온 초전도를 보호하는 기술이 만들어지기까지 60 년 이상의 시간이 필요했다. 60년 동안 찾아낸 해법도 근본적인 해결책이 아니고, 초전도체의 태생적 문제를 피할 수 있는 여러 가지 방법 들을 찾은 것이었다. 고온 초전도체가 발견되기 전, 초전도 응용을 위한 연구 개발을 하는 사람들은 초전도체의 태생적인 문제를 회피하기 위해 머리를 짜내고 있었지만, 일반인은 그런 사실을 알지 못했고, 고온 초전도체가 발견되면 전기 사용의 혁명이 일어날 것이라고 기대하고 있었다.

많은 초전도 연구자들이 대중의 관심에 힘입어 초전도에 대한 연구 환경이 좋아질 것을 기대했지만, 상황은 생각했던 것과는 전혀 다르게 흘러갔다. ‘엄청난 장치를 개발하겠다’는 프로젝트, ‘전력 전송의 손실을 획기적으로 줄이겠다’는 프로젝트가 생기고, 본 적도 없고 이름을 들어본 적도 없는 사람이 연구진에 들어왔고 연구 책임자가 되는 일도 생기기 시작했다. 어떤 기업이 초전도에 투자하겠다고 발표하면 그 다음 날부터 그 회사의 주가가 올라갔다.

일반인들에게 고온 초전도는 꿈이었지만, 전자석을 만드는 연구를 하는 사람들에게 고온 초전도는 악몽이었던 것이다. 이 정도 시기에 이전부터 연구 교류하던 사람 중 한 사람이 한 학회에서 발표하던 장면이 지금도 기억이 난다. 그는 이렇게 말했다.
”초전도체에는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 고온 초전도체이고 다른 하나는 진짜 초전도체입니다.“

지금까지 설명한 것만 생각해 봐도 고온 초전도체는 저온 초전도체와는 많이 다르다는 것을 알 수 있을 것이다. 초전도 전자석을 개발하는 입장에서 볼 때 고온 초전도는 저온 초전도에 비해 냉각이 쉽다는 것 이외의 모든 것이 불리하다. 선을 만들기도 어렵고, 선을 감아 전자석을 만들기도 어렵고, 안정화 하기도 어렵다. 또 한 가지 단점은 액체 질소 온도에서의 성능이 만족할 만큼 되지 않는다는 것이다.

상온 초전도체가 발견된다고 하더라도 기존에 연구했던 것들이 다 쓸모 없는 것이 되는 것이 아니다. 오히려 기존 기술을 차용할 수 있는지 새로운 기술이 필요한지를 더 진지하게 연구해야 한다. 상온 초전도체는 모든 문제를 한 방에 해결해 버리는 마법의 물질이 아니다.

출판사 서평

얼마 전 우리나라를 특히 주식시장을 들썩였던 큰 사건이 있었다. 우리나라에서 고온초전도체를 개발했다는 것이었다. 초전도가 무엇인지 아무것도 모르던 사람이 초전도와 관련이 있다는 말이 있는 회사의 주식을 ‘묻지마’로 사면서 주식가격이 급등했다. 이 시기에 편집인은 우리 출판사와 관련 있는 전문가분과 연락을 하면서 이 내용을 듣다 보니 우리는 너무나 모르는 사실에도 확신을 가지고 행동을 한다는 생각이 들었다. 급등하는 주식이 문제가 될 것이라는 결론과 함께 초전도의 실상에 대한 책을 써 보시라는 말로 끝냈다.
이후 이 분은 진짜 책을 쓰기 시작했고, 짧은 시간에 어려운 내용을 짧은 책이지만 잘 정리해서 만들었다. 이렇게 짧은 시간 안에 책 한권을 완성했지만, 주식가격은 이미 폭락을 했다. 한 권의 책을 정리하기도 전에 주가는 폭등과 폭락을 겪었던 것이다. 아마도 우리가 아는 과학적 지식이 이번의 사례와 비슷할 것이다. 잘 모르는 사실을 남의 이야기를 들어서 혹시나 남들보다 늦은 행동으로 기회를 잃어버리면 안된다는 우려로 용감하게 달려든다. 이 책은 짧은 시간이나마 정확한 정보를 전문가의 말로 듣기를 바라는 마음으로 출간한 책이다. 아무리 정보와 데이터가 중요한 시대가 되었다고 해도 아직은 아는 것이 힘이다. 즉, 전문가의 지식이 필요하다는 말이다.
이 책을 통하여 독자들이 과학이라는 것이 실제 생활에 접목되어 세상에 쓸모있는 존재가 되기에는 얼마나 어려운 일이 많은지를 느끼면서, 다가올 기회가 진짜 기회인지 아니면 또 한번의 광풍이 될 것인지를 판단할 수 있는 계기가 되기를 바란다.

작가정보

저자(글) 김석환

현재 한국전기연구원의 책임연구원으로 근무 중이다. 서울대학교 전기공학과에서 학사, 석사, 박사학위를 받았고, 그 이후 일본의 고에너지물리학연구소에서 3년, 유럽의 CERN에서 3년, 미국의 Fermi 연구소에서 2년간 연구원으로 근무했다. 2001년 귀국하여 현재까지 한국전기연구원(창원 소재)에서 일하고 있다. 대학원 재학시절부터 어려운 공학적 지식을 쉽게 풀어쓰는 것에 관심을 가져 컴퓨터, 전기, 음악(기타) 등을 해설한 저서를 다수 출판했다. 대표작으로는 대영사에서 출판한 “열정과 야망의 전기 이야기”를 들 수 있다. 그 이외의 활동으로는 대학, 기업, 학술회의, 과학기술 위원회 등에서의 강의, 신문 잡지 기고 등이 있다. 대표적인 기고로는 경남도민일보에 약 8년 간 연재한 과학 칼럼을 들 수 있다.