[첨단기술따라잡기]초전도자석…자기부상열차-MRI 원리

기관사와 뇌수술환자의 공통점은?

‘초전도 자석’이 꼭 필요하거나 앞으로 필요하다는 점이다.

자석은 같은 극끼리 밀어내고, 다른 극끼리는 서로 잡아당긴다. 열차 바닥과 선로를 같은 극의 자석으로 만들면 열차가 뜨지 않을까 하고 만든 것이 자기부상열차다.

그러나 수백톤이 넘는 열차를 띄우려면 엄청나게 강한 자석이 필요하다. 즉 쇠막대를 코일로 감싼 전자석에 엄청난 전기를 흘려보내야 하는데 이러다간 코일이 다 녹아버린다.

이 문제를 해결한 것이 초전도 자석이다. 초전도 자석에 사용된 코일은 전기저항이 거의 ‘0’에 가깝다. 아무리 강한 전기를 보내도 전선이 녹지 않는다.

열차를 앞으로 가게 하는 것도 초전도자석이다. 열차바닥과 선로는 같은 극이지만 열차 앞의 선로는 다른 극의 자석이다. 열차는 다른 극의 자석에 이끌려 앞으로 움직이고, 열차가 그 위로 오면 바로 극이 같아져 밑으로 떨어지지 않게 된다.

초전도 자석은 병원에서도 많이 이용된다. 뇌수술을 받는 환자들은 요즘 자기공명영상장치(MRI)라는 기계로 사진을 많이 찍는다. MRI는 사실 초전도자석 덩어리다.

MRI안에서는 4겹으로 이뤄진 초전도 자석이 환자를 꽁꽁 둘러싸고 있다. 자석이 자기장을 형성하면 환자의 몸에 있는 수소 이온(플러스 전하를 띠고 있다)이 자성을 띠게 된다. 환자의 몸이 약한 자석으로 바뀌는 것이다. 이 모습을 사진으로 찍은 것이 MRI다.

현재 초전도자석은 아주 낮은 온도에서만 쓸 수 있다. 이 온도를 조금만 높이면 가정에서도 초전도 냉장고가 등장할 것이다.

<김상연동아사이언스기자>dream@donga.com