관련사진은 오후 1시 30분까지 EBS 사이버홍보실 하이라이트에 올려놓도록 하겠습니다.

많은 관심 부탁드러요^^

영하 150도 이하 극저온의 과학 세계

EBS <다큐프라임 - 원더풀 사이언스>

극저온, 그 신비의 세계

방송 : 10월 7일(목) 밤 9시 50분 ~ 10시 40분

연출 : 김현주 PD (526-2039)

  영하 150도 이하에서 절대온도 0K인 영하 273도까지의 범위를 일컫는다는 ‘극저온’의 세계에서는 어떤 일이 일어나고 있을까? 물렁물렁했던 고무공도, 장미꽃도 파편으로 부서져버리는 극저온의 세계. 그 세계에서 일어나는 대표적인 과학 현상이 전기저항이 제로가 되는 ‘초전도’ 현상이다. 초전도케이블과 자기부상열차, MRI 등은 모두 저온공학의 산물이다. 로켓기술, 그리고 지구에서 인공태양을 만들어 내는 핵융합장치도 극저온이 없으면 불가능하다.

  EBS <원더풀 사이언스>는영하 150도 이하, 그 차가운 세계를 가능케 하는 극저온의 기술들을 소개한다.

1. 우리 주변의 영하세계들 - 빙해수조, 환경챔버

수온 0도의 거대한 얼음수영장인 ‘한국해양연구원 빙해수조’.

이곳은 쇄빙선박이나 내빙선박 등 빙해선박에 대한 환경성능을 실험할 수 있는 수조다.

우리나라 최초의 쇄빙선인 ‘아라온호’의 경우 빙해수조가 없어서 국외에 나가 실험을 했었다. 2009년 5월에 빙해수조가 완공되면서 우리나라에서도 빙해선박 및 해양구조물에 대한 다양한 빙해환경실험이 가능해졌다!

선박실험시설이 빙해수조라면, 철도의 성능실험을 가능케 하는 것은 ‘실대형 환경챔버’!

철도기술연구원에 있는 이 환경챔버는 영하 40도에서 영상 60도까지 온도조절이 자유로워

냉방, 난방성능 및 결빙시험 등 열차 성능실험에 일조를 하고 있다.

저온환경이 필수적인 곳! 그 차가운 현장 속으로 들어가 보자.

2. 2010년은 초전도현상이 발견된 지 100년이다! - 초전도

상온에선 발생하지 않는 특이한 현상이 발생하는 극저온!

말랑말랑한 고무공과 부드러운 장미꽃을 영하 196도의 액체질소에 넣으면 부서져버린다?!

이처럼 극저온에서는 물질이 부서지기 쉽게 변하는 현상이 일어난다는데.

또한 극저온상태에서는 순수 금속의 전기저항이 사라진다. 바로 ‘초전도 현상’이다!

1910년 네덜란드의 과학자 온네스에 의해 우연히 발견된 ‘초전도’는

제2의 산업혁명을 예고하는 20세기 최고의 발견이라고 하는데,

2010년인 올해는 초전도현상이 발견된 지 100년이 되는 뜻 깊은 해다.

초전도를 이용한 것이 바로 전력손실 0을 구현하는 초전도케이블과 시속550Km를 낼 수 있는 자기부상열차! 게다가 인체내부를 들여다 볼 수 있는 MRI까지!

우리의 생활을 바꿔가고 있는 저온공학과 초전도체의 산물들을 만나보자!

3. 극저온을 만드는 기술 vs 보관하는 기술

온도가 영하 150℃보다 낮아지기 시작하니까 영원히 가스 상태로 존재할 것으로 생각되던 기체가 액화되기 시작한다. 메탄은 영하 162도, 산소는 영하 183도, 질소는 영하 196도, 수소는 영하 253도, 헬륨은 영하 269도다?!

일반 가정에서 쓰는 냉장고가 프레온가스 비슷한 냉매를 압축했다가 팽창밸브를 사용해 팽창시켜 영하 20도 정도의 저온을 만드는데, 그 방법으로는 영하 150도 이하의 극저온을 만드는 데는 한계가 있다. 따라서 산업용으로 쓰이는 액체산소, 액체질소 등은 팽창밸브에다가 팽창터빈이라는 장치를 더 해서 두 가지를 잘 조합해서 극저온을 얻어내는 것이다.

극저온은 만들기도 어렵지만 보관하는 기술도 아주 중요하다. 극저온을 보관하는데 문제가 되는 것이 바깥에서 들어오는 열침입을 방지하는 일. 그래서 진공 단열기술이 중요한 키워드다!

수도권 쓰레기매립지에는 아주 특별한 시설이 있다. 바로 메탄가스 액화시설!

환경오염의 주범이던 메탄가스가 저온공학의 힘을 빌어서 생활에너지인 LNG로 거듭나는 현장으로 들어가 보자!

4. 우주기술 그리고 핵융합기술

세계 최초로 마늘을 초저온에서 동결 보존하는 기술이 국내에서 개발됐다. 이를 이용하면 종자로 번식하지 못하는 마늘, 나리 등의 영양체작물을 100년간이나 보존이 가능하다는데...

영하 196도의 액체질소를 이용한 냉동보존기술이 바로 그것이다.

극저온 기술은 의료분야에서도 활발하게 사용되는데, 프로비를 이용해서 해당조직을 30초 만에 영하 150도로 떨어뜨릴 수 있는 ‘냉동수술’이 바로 그것!

한마디로 우주기술은 극저온이 없으면 불가능하다. 우주 자체가 극저온, 고진공의 극한환경이기 때문이다. 위성을 발사하는 로켓의 연료로는 극저온의 액체산소가 쓰이고, 위성의 적외선 센서에는 극저온의 액체헬륨이 쓰이고 있다. 항공우주연구원에는 극한의 우주환경을 지상에서 재현하는 ‘대형 열진공챔버’가 있어 극한조건인 우주환경에 대한 모사실험이 가능하다.

지난 2007년 플라즈마의 발생에 성공한 우리나라의 핵융합연구장치인 'K-STAR'.

‘K-STAR'는 영하 269도의 액체헬륨에 담긴 초전도자석의 자장을 이용해 1억도가 넘는 뜨거운플라즈마를 담는다. 지구에서 인공태양을 만드는 거대 프로젝트인 'K-STAR‘와 함께 미래 에너지 속으로 들어가 보자!