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  1. 2011.08.25 초전도를 이용한 자기장 정밀측정과

기초과학지원연구원에는 SQUID가 있다?!
 
그렇다면 기초연이 수조에서 오징어를 사육한다는 것인가?

물론 아니다.

SQUID는 오징어라는 뜻도 있으나 다른 의미로서 초고감도로 자성을 측정할 수 있는 초전도 양자간섭계(SQUID, Superconducting QUantum Interference Device)라는 뜻이 있다.

2개의 초전도체 사이에 아주 얇은 절연체를 만들어 접합한 것을 죠셉슨 소자라고 한다.

죠셉슨 소자를 포함한 초전도체로 고리(ring)를 만들어 고리 속으로 자력선을 통과시키면 양자간섭효과에 의해 매우 미약한 자성을 검출할 수 있다.

이 원리로 자기장의 고감도 검출소자로서 초고감도 자속측정기기(SQUID)를 만들어서 실용화 되어 있다.

SQUID의 감도는 ~10-18 T(테슬라) 의 미약 자기장을 측정할 수 있는 감도가 있다.

대표적인 전자기적 미약신호인 뇌에서 발생하는 자기신호는 ~10-13T 정도이다.

생체에서 발생되는 자기신호를 지구 자기장과 비교해 보면 뇌에서 발생하는 자기 신호는 대략 10억분의 1 정도이다.

기초과학지원연구원에서는 SQUID를 이용한 미소자성 측정장치로서 나노소자, 자성물질, 초전도체, 생체자성물질, 최근 새로운 정보저장 매체로서 기대를 모으고 있는 스핀소자 등 각종 물질, 재료의 개발과 관련하여 0.3K의 극저온에서부터 400K 의 고온의 온도영역 사이에서 자기적 특성을 정밀하게 측정할 수 있다.
(K : 켈빈,  절대온도 0 K = -273.15 ℃)

초전도체의 발견으로 이와 같은 미약 자기장의 측정 뿐 아니고, 고자기장을 발생시킬 수 있게 되었다.

일반적으로 영구자석은 ~ 1T, 전자석으로는 ~ 2T 정도를 얻을 수 있다.

무냉매 전도냉각형 초전도자석

초전도자석은 이보다 높은 자기장을 얻을 수 있으며 현재 20T 이상의 고자기장을 발생시킬 수 있다.
초전도자석은 액체헬륨 등의 한제로 냉각해서 사용되어 왔으나, 최근 냉각기술의 발전으로 한제를 사용하지 않는 무냉매 전도냉각형 초전도자석으로 고자기장을 얻을 수 있다.

초전도자석으로 고자기장을 비교적 쉽게 얻을 수 있게 됨에 따라서 이제까지 자기장을 잘 활용할 수 없던 분야에도 응용이 가능하게 되었다. 

즉 자성을 가지지 못하는 물질에도 물리적 또는 화학적 방법으로 자성입자를 붙여서 원하는 물질을 짧은 시간에 간단히 분리해 낼 수 있게 되었다.

또한 분리하기 매우 어려운 고가의 극미량 물질도 자기분리방법으로 선택적으로 간단히 분리해 낼 수 있으며, 복잡한 과정을 거쳐서 긴 시간에 걸쳐 분리되던 물질도 자기분리법으로 단시간에 분리정제할 수 있다.

환경 오폐수의 처리에도 넓은 침전조, 화학약품 처리 등  폐수처리에 수십 시간이 소요되나 자기분리법으로 작은 공간과 물리적인 방법과 최소한의 화학물질 사용으로 불과 1 시간 이내로 처리가 가능하여 시간단축을 함으로 경제적 친환경적인 처리가 가능하게 되었다.

식물의 성장 또한 자기장의 영향을 받는다.

또한 자성이 약한 상자성체, 반자성체를 고자기장 안에서 자기부양 시킬 수 있으며 자기장을 이용한 화학반응의 제어, 새로운 특성을 가진 재료의 합성 등이 가능하다.

'고자기장 자기분리시스템'을 설명하는 김동락 부장.

기초과학지원연구원에서는 무냉매 전도냉각 초전도자석시스템으로서 냉매의 공급없이 수 일 또는 수 십일의 기간 동안 안정적인 고자기장 환경에서의 각종 자기장 연구 실험을 수행할 수 있는 환경을 구축하고 있다.

<김동락 한국기초과학지원연구원 물성과학연구부장>

 

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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