고가 액체 헬륨 없이 초전도 상태 가능…차세대 초전도선으로 기대

  자기공명영상장치(MRI)와 같은 진단용 의료기기의 성능을 좌우하는 핵심 소재인 차세대 MgB2(이붕화마그네슘) 초전도 선재의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신공정이 개발됐다.

  한국기초과학지원연구원(원장 정광화, 이하 기초지원연) 부산센터 최세용, 김성준 박사 연구팀은 호주 울런공 대학교 김정호 교수팀과의 국제공동연구를 통해 초전도 재료물질인 MgB2에 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 첨가함으로써 초전도선재의 전기적, 기계적, 열적 안정성을 대폭 향상시킬 수 있는 신공정을 개발했다고 13일 밝혔다.

  MgB2는 상용화된 저온 초전도 재료물질과 비교해 임계온도가 약 39K(-234 ℃)로 매우 높고 선재형태로 제조가 용이해 MRI용 강자기장 발생장치의 핵심 소재로 사용될 것으로 기대를 받고 있는 차세대 초전도선이다.

  최세용 박사와 김정호 교수 공동연구팀은 초선도 선재의 기계적 그리고 열적 특성을 향상시키기 위해 사용되는 탄소물질 대신 탄소나노튜브를 MgB2 원료분말과 혼합한 후 기계적인 공정을 통해 차세대 MgB2 초선도 선재를 개발하는 데 성공했다.

  현재 MgB2를 이용하는 초전도선은 주로 탄소를 혼합하는 도핑기법을 통해 전자기적인 특성을 향상시키는 연구가 주로 이뤄져 왔으나, 이번 연구를 통해서는 탄소나노튜브를 도핑재로 MgB2와 반응시킴으로써 단순하고 손쉬운 방법으로도 초전도선재의 열적, 기계적인 안정성을 높이고 전기적인 특성을 동시에 향상시키는 것이 가능했다.

  이번에 개발된 차세대 MgB2 초전도 선재는 MRI 등의 초전도 응용기기에 바로 적용이 가능하고 냉각장치에 의한 저온냉각만으로도 초전도 현상이 나타남으로써 에너지 절감 효율을 극대화 할 수 있다.

  특히 최근 MRI 등의 주요 냉매로 사용되는 액체헬륨의 공급이 매우 불안정한 상태로 의료용 영상기기 분야 세계시장을 주도하고 있는 GE, Simens, Phillips 등의 다국적 기업들이 MgB2 초전도선재의 MRI 적용가능성 여부를 검토하고 있는 시점에서 본 연구 결과는 큰 의미를 갖는다.

  기초지원연 최세용 박사는 “탄소나노튜브를 첨가한 단순한 공정만으로 전기적, 기계적 및 열적 특성이 동시에 향상된 차세대 MgB2초전도선의 개발 가능성을 확인하였다는 점에서 큰 의의를 갖는다”며 “후속 연구를 통해 액체냉매 없이 냉각장치로 15K 동작온도에서 동작되는 1.5T(테슬라)급 MRI 등에 직접 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.