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| 작성자 : 이정구 작성자ID : jk0620 조회 : 28 추천 : 0 |
작성일 : 2004-02-02
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페르미온 응축가스를 만들어 대도시에 공급하면 전기와 연료를 동시에 해결할 수 있다 |
상온서도 페르미온 가스로 초전도체 만들수 있을 것으로 예상되는 일이 미국에서 페르미온 응축현상을 통해 그 가능성이 발견됐었다고 한다.
이를 응용하면 그 무엇보다 흥미로운 것은 페르미온 도시가스를 만들어 대도시에 공급하면 일석이조의 전기와 연료를 동시에 해결할 수 있다. 전자기 문명을 낳은 21세기 인류에게 화석연료의 한계를 결정적으로 극복할 수 있는 중요한 토대(패러다임의 변화)의 발견으로 평가된다. 거의 대박을 터뜨릴 차세대 인공 에너지 자원이다.
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뉴스1.
http://www.donga.com/fbin/moeum?n=it$k_702&a=v&l=3&id=200402010116
04/02/01
상온서도 초전도체 만든다…美 ‘페르미온 응축현상’ 발견
미국의 물리학자들이 노벨상 후보에 오를 만한 새로운 물질상태를 발견해 화제다. 물질은 온도가 높아질수록 고체에서 액체, 기체를 거쳐 원자핵과 전자로 분리되는 플라스마로 변해간다. 반대로 온도를 절대온도 0도(섭씨 영하 273도) 가까이 냉각시키면 저항이 사라져 열 손실 없이 전류를 공급할 수 있는 초전도체나 점성이 사라져 무한히 흐르는 초유체가 된다. 최근 미국 물리학자들이 기체원자에서 초전도체와 유사한 새로운 물질 상태를 발견, 물리학계를 흥분시키고 있다. 과학자들은 이번 연구로 상온에서 초전도체를 개발할 수 있다고 내다봤다. 상온 초전도체는 자기부상열차는 물론 전력생산과 컴퓨터 효율성 등을 획기적으로 향상시킬 것으로 예상된다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 콜로라도대의 데보라 진 박사 연구팀은 물리학저널 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호에서 ‘페르미온 응축’이라는 완전히 새로운 물질 상태를 만드는데 성공했다고 밝혔다.
페르미온(fermion)은 전자 양성자 중성자 등 원자를 이루는 기본입자, 그리고 칼륨(K)처럼 이런 기본입자들이 홀수개로 결합된 원자들을 일컫는다. 자연상태에서 페르미온은 서로 밀어내 제각기 떠돌거나, 반대로 밀접하게 결합돼 분자를 이루게 된다. 그런데 칼륨 기체를 절대온도 0도로 냉각시킨 다음 자기장을 걸어주자 칼륨 원자들이 분자를 이루지 않고 약간 떨어진 상태에서도 마치 쌍을 이루듯 함께 움직인 것.
이전까지의 초전도체 연구는 고체(금속)를 대상으로 이뤄졌다. 전자들이 금속결정 내에서 쌍을 이뤄 자유롭게 움직임으로써 ‘저항 없는 전류(전자의 흐름)’가 가능해진다. 이번 연구는 기체원자들도 초전도체의 전자들처럼 쌍을 이룬다는 점을 발견한 것. 상온 초전도체가 실현되려면 전자쌍 내의 간격이 현재 발견된 것보다 1000배 늘어나야 한다. 페르미온 응축에서 발견된 칼륨 원자쌍의 간격이 바로 이 정도였다. 진 박사는 “이번 결과를 이용하면 실용화 가능한 상온 초전도체를 만들 수 있을 것”이라고 기대했다.
미국의 과학학술지 ‘사이언스’는 지난해 8월 진 박사팀을 비롯해 전세계 6개 연구팀이 페르미온 응축현상을 발견하기 직전이라며 성공하면 노벨 물리학상 후보감이라고 전한 바 있다.
이영완 동아사이언스기자 puset@donga.com
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뉴스2.
http://www.chosun.com/w21data/html/news/200401/200401290300.html
美 연구진, 물질의 6번째 형상 발견
미국 연구진이 칼륨 원자 50만개 정도를 절대영도(섭씨 영하 273도) 가까이 냉각, 완전히 새로운 형태의 물질을 만드는데 성공했다고 28일 밝혔다.
물질은 주위의 온도 등에 따라 액체, 기체, 고체, 플라즈마 등 5개의 형상을 갖게 되는 것으로 알려져 있으며, 이번에 발견된 것은 5번째 형상인 ‘보즈.아인슈타인응축’에 이은 것이다.
미국 국립표준기술연구소(NIST)와 콜로라도대학 공동연구소(JILA) 연구진은 물리학저널 ’피지컬리뷰레터스(PRL)’ 최신호에서 이같이 밝히고 이 물질을 ’페르미온응축’이라고 명명했다.
연구진은 앞으로 이 물질의 거동을 조사해 개별입자가 아닌 파동 성질을 보이는 양자역학 법칙에 대한 단서를 연구할 계획이라고 밝혔다.
페르미온 가스는 가까운 장래에 산업적 실용화 가능성은 크지 않지만 상온 초전도체 개발에 기여할 것으로 기대되고 있다. 상온에서 전기 저항 없이 전류가 흐르는 초전도체가 개발되면 자기부상 열차는 물론 전력생산과 컴퓨터 효율성 등이 획기적으로 향상될 것으로 예상된다.
페르미온은 전자 등 기본적인 아원자 입자를 뜻하는 것으로 원자와 분자를 이루는 구성단위가 되며 양자역학 법칙에 따라 같은 종류의 페르미온 입자는 같은 양자상태를 공유할 수 없다.
(볼더<美 콜로라도주> AP=연합뉴스)
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뉴스1.과 뉴스2.는 같은 공동연구소(JILA) 연구진의 발표(페르미온응축)에 관한 다른 표현을 쓴 내용 같다. 뉴스1.을 보면 페르미온(fermion) 가스의 초전도체 현상의 발견에 의미를 두었다.
#1.페르미온(fermion)은 전자 양성자 중성자 등 원자를 이루는 기본입자, 그리고 칼륨(K)처럼 이런 기본입자들이 홀수개로 결합된 원자들을 일컫는다. 자연상태에서 페르미온은 서로 밀어내 제각기 떠돌거나, 반대로 밀접하게 결합돼 분자를 이루게 된다. 그런데 칼륨 기체를 절대온도 0도로 냉각시킨 다음 자기장을 걸어주자 칼륨 원자들이 분자를 이루지 않고 약간 떨어진 상태에서도 마치 쌍을 이루듯 함께 움직인 것.
#2.이번 연구는 기체원자들도 초전도체의 전자들처럼 쌍을 이룬다는 점을 발견한 것. 상온 초전도체가 실현되려면 전자쌍 내의 간격이 현재 발견된 것보다 1000배 늘어나야 한다. 페르미온 응축에서 발견된 칼륨 원자쌍의 간격이 바로 이 정도였다.
#3.페르미온 가스는 가까운 장래에 산업적 실용화 가능성은 크지 않지만 상온 초전도체 개발에 기여할 것으로 기대되고 있다. 상온에서 전기 저항 없이 전류가 흐르는 초전도체가 개발되면 자기부상 열차는 물론 전력생산과 컴퓨터 효율성 등이 획기적으로 향상될 것으로 예상된다.
자연상태에서의 패르미온은 분자상태를 의미한다고 한다.
그런데 칼륨 (potassium원소기호 : K 원자번호 : 19 ,원자량 : 39.0983 ,녹는점 : 63.5℃ ,끓는점 : 774℃,비중 : 0.86(20℃)
원자 50만개 정도의 가스상태로 실험한 연구의 결과에서 분자상태를 이루지 않고도 분자쌍을 이루는듯한 현상을 발견한 것이다. 이를 6번째 형상이라고 평가하고 있단다. 이현상이 상온에서의 초전도체의 실용화를 꾀할 것으로 전망하고 있다.
참고로 K는 절대(絶對) 온도 단위. 0 K는 영하 약 273℃이며, 이론적으로만 가능한 0 K에서는 열에너지에 의한 분자의 운동이 완전히 멈춘 상태이다. 그리고 초전도체는 금속, 세라믹, 유기물질 등에서 약 1000 종류 이상이 발견되고 있다고 한다. 대부분의 초전도체는 고체에서 이뤄지고 있었으나 이번의 칼륨가스에서의 초전도체의 분자쌍과 유사한 현상을 발견함으로써 일반적인 페르미온 가스로도 초전도체 현상이 이뤄지는 가능성을 발견한 것이다.
그렇다면 초전도체로 무엇을 만들 수 있을까.
http://weekly.chosun.com/wdata/html/news/200209/20020923000038.html
초전도체를 이용하면 강한 자석을 만들 수 있다. 전력 소모가 극히 적고 고감도의 소자(素子)를 개발하여 아주 미세한 신호까지도 잡아낼 수 있다. 따라서 초전도체는 자기부상열차를 비롯한 고속 교통수단이나 강한 자기장이 필요한 핵융합 장치 혹은 입자 가속기 내의 자석, 초전도 자기에너지저장소(SMES)와 같은 에너지 저장장치 등에 응용할 수도 있다. 뇌의 내부 구조를 관찰하는 데 이용되는 자기공명영상장치(MRI)도 강한 자석을 필요로 하기 때문에 이 분야에서 초전도체의 응용 가능성도 일찍부터 예견되어 왔다.
(임경순/포항공대 교수)
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자연상태에서의 패르미온 가스로 자석이 만들어지는 것에 대해 상상해보자.
레일이 없는 자기부상열차를 만들 수도 있을 것이다. 자기공명영상장치(MRI)도 패르미온 가스에 진료부위를 노출시키는 정도로도 선명한 영상을 얻을 수 있을찌도 모른다. 또한 가스자석을 가득채운 패르미온 가스 줄(밀폐된 공간의 긴 통로)을 만들어 중력의 저항이 전혀없이 지구의 대기권 중력을 쉽게 벗어나는 우주왕복의 이동수단이 가능할찌도 모른다. 어쩌면 가스자석을 분사하는 형태의 미니 로켓엔진 자동차나 액화하여 물과 섞이는 신기한 일도 있을 수 있다. 허.
참고로,
물은 흔히 고체기체액체의 상변화를 보이는 것에는 온도와 관계가 있다. 그런데 물의 임계온도는 374℃이고, 그 이상에서는 어떤 압력에서도 항상 기체, 즉 기체로서만 존재하며, 그 이하의 온도에서는 온도 및 압력에 따라 수증기·물·얼음이 공존할 수 있다고 한다.
물의 임계온도를 연상하면 칼륨의 가스는 기체이고 임계온도(critical temperature) 을 벗어난 상태을 계속 유지하는 한 가스자석의 성질을 유지할 것이다. 물론 그 어떤 압력하에서 액체.고체의 초전도성으로 전환도 가능하리라. 따라서 가스.액체.고체의 초전도성의 공존도 가능하며 우주의 자연계가 바로 그런 모습이 아닐까 싶다.
고로 이제는 21세기 우주의 관측에서 가스상태의 자성체를 지닌 고온(0 k이상)의 별을 발견해야 한다. 물론 임계온도(=임계 에너지)와 직접적인 관계는 있으리라. 빅뱅직후에 우주는 소립자들의 고온.고에너지.고밀도물질이 응축된 프라즈마 가스상태이였을 것이고 서서히 급냉하여 벌어진 고체 우주는 가스자석의 초전도성과 중력의 발생에 연관이 있으리라.
블랙홀이 가스로 이뤄진 존재일찌도 모른다. 그 블랙홀은 어쩌면 엄청나게 넓은 부피를 지닌 것일 수 있다. 그리고 우주공간에서 그 가스자석이 제거된 곳에서 파쉬레이 실험에서 보여준 장거리 우주 중력이 수천억개의 은하계를 별들의 운집(응축된 은하계 중심)을 가능케 했는지도 모른다.
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