'소형 핵융합의 열쇠'는 고온 초전도체

핵융합의 열쇠인 초전도체는 노벨물리학상의 단골 주제이면서도 과학계의 대표적 난제다. 과학적 난제는 풀릴 경우 산업적 파급효과가 크다. 초전도체 역시 마찬가지다.

특정한 온도와 압력 등의 조건에서 저항이 완전히 사라지는 초전도체 개념은 20세기 초 처음 나왔다. 네덜란드 물리학자 헤이커 K 오너스가 수은의 온도를 약 4K(영하 269도)까지 낮추면 초전도 현상이 나타난다는 것을 1911년 인류 역사상 처음 발견했다. 그는 1913년 노벨물리학상을 받았다.

초전도 현상을 이론적으로 설명하기까지는 반세기가 더 걸렸다. 미국의 물리학자 존 바딘과 리언 쿠퍼, 존 슈리퍼가 초전도 현상을 수학적으로 설명하는 BCS 이론을 내놨다. 이들은 1972년 노벨물리학상을 공동 수상했다.

이보다 온도가 높은 상태에서 초전도 현상이 가능하다는 고온 초전도체는 핵융합 발전소 크기를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 고온 초전도체는 독일의 물리학자 요하네스 베드노르츠와 스위스의 물리학자 카를 뮐러가 1986년 처음 발견했다. 란타넘-바륨-구리 산화물로 이뤄진 세라믹을 연구하다 35K(영하 238도)에서 초전도 현상이 나타나는 것을 확인했다. 이는 이듬해 노벨물리학상 수상으로 이어졌다.

가장 최근엔 독일 막스플랑크연구소가 2019년 란타넘과 수소를 이용해 초전도 발생 가능 온도를 영하 20~30도까지 끌어올렸다고 밝혔다.

2023년 한국 연구진이 세계 최초로 ‘상온·상압 초전도체’ LK-99를 발견했다는 주장에 전 세계가 들썩인 적이 있다. 과학계 검증 결과 LK-99는 초전도체가 아니라 저항이 큰 부도체로 판명 났다. 기업 가운데서는 코스닥시장 상장사인 서남이 송전선용 고온 초전도체 개발을 주도하고 있다. 대기업 중에선 LS전선이 고온 초전도체로 직류 송전선로를 만들어 미국 시장 진출을 추진한 바 있으나 성공하진 못했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com