20년 만에 세계 최강의 자석 기록이 갱신되는것 같다.
지금까지의 최강의 자석이 가진, 연속 자기장의 기록을 깨는데 성공했다고하고, 게다가, 지금까지의 최강 자석의 약 9만 배나 가벼운 390그램이라는 무게...라는 것이다.
맥주 캔 정도 크기의 그것은, 미국 플로리다 주립 대학 국립 고자기장 연구소(National High Magnetic Field Laboratory)가 개발 한 45.5 테슬라라고하는 자속 밀도를 가진 세계 최강의 자석이다.
- 기존 전자석의 한계
자기는, 일반적으로는 전하를 움직이게하는 것으로 발생하는 물질의 특성이다.
자성 재료에 코일을 감고, 거기에 전기를 흘리면, 코일을 통해 이동하는 자기장이 발생한다. 이를 강하게하고 싶다면, 코일의 전류 밀도를 높여주면 좋다....이론 상으로는 그렇다.
그러나 과거 20년에 있어서, 최강의 직류 자장(방향이 변하지 않는)은 45 테슬라가 한계였다.
그것은 Nb3Sn이라고하는 초전도체로 만들어진 코일의 안쪽에 구리 코일로 33.6 테슬라를 발생시키는 "상전도 자석"...쉽게 말하면 전자석이다.
그러나, 이를 실행시키려면 31메가와트라는 원자력 잠수함의 최고 출력을 뛰어넘는 전력이 필요하게 되고, 그로인해 발생하는 열을 냉각하기 위해 수천 리터의 물이있다.
이런 대용품을 취급하는 시설은 세계에 몇 군데 밖에 존재하지 않는다.
- 초전도 자석 "리틀 빅 코일 3"
그러한 상전도 자석의 단점을 극복하기 위해 보급하고 있는 것이, 그정도까지의 전력을 필요로하지 않는 "초전도 자석"이다.
국립 고자기장 연구소의 연구원으로, FAMU-FSU 공과 대학의 교수이기도 한 한승연 씨가 발표 한 "리틀 빅 코일 3"는, 맥주 캔 정도의 크기이면서 강한 자력을 발휘한다.
상전도자석의 내부에 초전도 자석을 가진것이 특징으로, Nb3Sn 대신, 더 높은 온도에서 초전도가 가능한 "희토류 원소를 포함한 구리 산화물 초전도체(REBCO)"로 코팅 된 테이프를 사용한다.
테이프의 폭은 머리카락 정도로, 빽빽하게 바짝 감을 수 있기 때문에, 전류 밀도를 높일 수있다. 최강의 자력은 그 때문이다.
또한 절연체가 없다. 이것은 전류가 똑바로 흐르는 것을 도와주지만, 대신 초전도성을 소실 시켜버린다. 그래서 절연체를 사용하지 않음으로써 전류 밀도를 높여, 보다 안전한 초전도 전자석이 가능하게 된다.
- 최강의 자력은 핍 엘레키반 몇 개분?
리틀 빅 코일 3의 자력은 기존의 기록을 웃도는 45.5 테슬라이다.
덧붙여서 최강의 핍 엘레키반의 자력은 200밀리테슬라이므로, 45.5테슬라는 엘레키반 227.5개분이라는 것이된다. 어? 세계 최강이라고 해도 뭐 별거 아니네...라고 생각되기도 하지만..
어쨌든 어깨 결림을 확실하게 풀어 줄 것 같은 것만은 틀림없을 것 같다. 하여튼, 리틀 빅 코일 3가 생성하는 강력한 자력선은 어깨 결림을 치료하는 것은 아니다.
새로운 소재의 특성을 해명하는 등 일반적으로 기초 과학 분야에 보탬이 될것이다. 또한 MRI와 같은 의료 기기, 제약(핵 자기 공명), 입자 가속이 등의 분야에서 이용된다.
덧붙여 이번 실험은 어디까지나 컨셉 증명 단계로, 실제로 사용할 수 있는 신뢰성있는 것은 만들어져 있지 않은 점에 주의해야 한다.
하지만, 이 연구의 진가는, 구리 산화물 초전도체를 이용하여 더 강력한 자석을 개발하기 위한 기초가 된다는 것이다라고 국립 고 자기장 연구소의 데이비드 레발레샤 씨는 말하고 있다. 자석을 연구하는 사람의 눈에는 그 끝이 보이고 있다는 사실...
이 연구는 "Nature"에 게재되었다.
