미래 에너지를 위한 초전도체 - 진공 기술로 저온 상태를 유지하는 최첨단 케이블

미래 에너지를 위한 초전도체 - 진공 기술로 저온 상태를 유지하는 최첨단 케이블

과냉각된 초전도체는 전류가 저항 없이 흐를 수 있도록 합니다. 운송 중에 에너지 손실량이 최소화됩니다. 진공은 필요한 저온 상태를 생성하고 유지하는 데 도움이 됩니다.
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냉각으로 저항 감소

"전기가 흐르는 곳에는 저항이 있다." 네덜란드 물리학자 헤이커 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes)는 초전도 현상을 발견한 1911년에 이 전기 공학의 가설을 근본적으로 뒤집었습니다. 양자 물리학 법칙에 따라 일부 물질이 매우 낮은 온도로 냉각되었을 때 전기 저항이 감소하기 때문입니다. 따라서 전기는 에너지 손실 없이 흐를 수 있습니다. 유럽 전력망의 이송 중 손실은 약 6%입니다. 따라서 저항이 없는 전기 전송으로 필요한 발전소 개수를 줄일 수 있습니다. 그러나 실제 세계의 초전도 케이블은 매우 복잡한 최첨단 구조로 이루어져 있습니다.

진공으로 열 차단

초전도 케이블은 기존의 전력선과 전혀 달리, 서로 다른 직경의 정원 호스처럼 여러 층으로 구성됩니다. 실제 층에는 세라믹 소재로 만든 초전도 스트립이 포함되어 있습니다. 이러한 물질의 전이 온도 또는 물질이 초전도체 특성을 갖는 지점은 -130에서 -180℃ 사이입니다. 이러한 온도는 초전도 물리학의 맥락에서 높은 것으로 간주되며 세라믹은 고온 초전도체로 설계됩니다.

하지만 주변 온도와 비교했을 때 여전히 극도의 저온이 필요합니다. 이것은 케이블 번들이 냉각된 액체 질소로 극저온 냉각되기 때문입니다. 액체 질소가 초전도층을 둘러싼 빈 공간을 통해 끊임없이 흐릅니다. 또한 이 케이블은 외부 온도의 영향을 차단하기 위해 코팅 처리되어 있으며 두 개의 벽 사이에 진공을 사용합니다. 이것은 보온병과 동일한 원리에 따른 단열재입니다.

허용전류(AmpaCity) 시범 프로젝트에서 이러한 케이블이 두 곳의 변전소 사이에 있는 Essen의 도심 1킬로미터를 관통합니다. 이 프로젝트는 2년 간의 시험 단계에서 실제 시험을 통과했습니다. 이 프로젝트는 단열 진공 배관 배기 외에도 질소 냉각을 위해 진공 기술을 사용합니다. 냉각 장치에서 진공 펌프는 비등점인 -196℃보다 훨씬 낮은 온도로 기체를 유지하는 데 사용됩니다.

효율성과 의료 기술

초전도체는 복잡한 층구조에도 불구하고, 비교 대상인 구리 케이블보다 훨씬 얇습니다. 직경은 같지만 전기를 5배 더 많이 운송할 수 있습니다. 또한 기존의 케이블보다 더 강력한 전류를 견딜 수 있습니다. 따라서 전문가들은 새로운 케이블 기술이 주 전원 공급 장치에서 전기를 운송할 수 있는 에너지 효율적 솔루션이며 더 많은 공간을 절약할 수 있다고 확신합니다. 이것은 Essen의 도시 프로젝트에 필수적인 요소입니다. 초전도체 케이블은 도시 외곽의 전력선에서 전기를 가져와 일부 변전소를 줄일 수 있습니다.

또한 초전도체는 변압기, 발전기 및 모터를 보다 효율적으로 만들 수도 있습니다. 구리 케이블을 교체한다면 더 작고 가벼운 모델이 가능해집니다. 가볍지만 강력한 전기 모터는 비행기 엔진에도 적용될 수 있습니다. 일부 항공기 제조업체는 이미 이러한 개념을 고려하고 있습니다.

덧붙여 말하자면, 초전도체는 오랫동안 연구 시설과 의료 기술 분야에서 입증되었습니다. 예를 들어, 입자 가속기에는 초전도 자기 코일이 장착되어 있습니다. 이러한 유형의 자석은 의학 진단에도 사용됩니다. 초전도 덕분에 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 방사선 노출 없이 신체를 "비추는" 매우 강력한 자기장을 생성합니다. 또한 진공 기술은 이러한 응용 분야의 냉각 및 단열에도 도움이 됩니다.

Busch는 냉각 및 단열 초전도 케이블과 자기 코일용 진공 시스템을 전세계에 제공합니다.

MRI로 정확한 진단

자기공명영상(MRI, 핵자기공명영상이라고도 함)은 의학 진단의 필수 부분이 되었습니다. 이것은 엑스레이 이미지에서는 볼 수 없는 세부 조직이 표시된 신체 이미지를 제공합니다. 또한 MRI를 판독할 수 있도록 훈련된 눈으로 근육, 인대, 힘줄, 혈관 및 신경 손상을 식별할 수 있습니다. 이것은 의사에게 수술 절차나 종양 질환 치료에 중요한 정보를 제공합니다.

극도록 강력한 자기장과 전파를 사용하여 이미지가 만들어지므로 신체 조직의 수소핵이 움직이게 됩니다. 이러한 움직임, 즉 핵 스핀으로 전자기파를 생성합니다. MRI 장비가 이러한 전자기파를 기록하고 데이터 분석을 통해 신체 구조의 고대비 이미지로 변환합니다. 주로 뼈를 표시할 수 있는 엑스레이와 달리 MRI 장비의 이미지는 높은 해상도로 신체의 연조직도 보여줍니다. 장비가 밀리미터 두께의 층으로 측정을 수행하므로 이러한 이미지가 컴파일되어 3D 이미지를 생성할 수 있습니다. 이미지 공정에 필요한 자기장은 응용 분야에 따라 지구 상에서 20,000~100,000배 더 강력해집니다. 이러한 유형의 전계 강도는 초전도 자기 코일로만 생성 및 유지될 수 있습니다.


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