수소금속 만들기

기체의 수소에 초고압을 가하면 금속이 되는 것이 실험에서 확인되었다. 상온·상압에서 금속수소가 가능하면 신소재나 에너지 분야에서 혁명으로 이어진다. 목성의 내부구조를 규명하는 단서도 될 것이다.

수소는 양성자 1개와 전자 1개로 구성되는 가장 단순한 원소이지만 과학자가 상상해 온 것보다 훨씬 복잡하다는 것을 알게 되었다. 수소는 상온·상압에서는 기체이고 2개의 원자가 결합한 분자(2원자분자)이지만 20K(절대온도), 즉 마이너스 253℃ 이하로 식히면 액체가 되고 14K 이하에서 고체가 된다. 기체, 액체, 고체의 어떤 상태에서도 통상은 전기를 통하지 않는 절연체이다.

그러나 1930년대 물리학자들은 수소에 매우 높은 압력을 가하면 분자가 파괴되어 원자가 되어(해리) 수소가 도전성 금속이 된다고 예언했다. 1960년대가 되면 코넬대학의 Neil.W. Ashcroft가 “고체인 금속수소에서는 전기저항이 제로가 되어 초전도 상태가 된다”는 가설을 주창했다. 이 상태를 안정시켜 상온상압에서도 금속수소로 하면 과학자가 수십 년에 걸쳐 계속해서 연구해 온 실온 초전도체가 된다. 금속수소는 또한 거의 장소를 취하지 않는 에너지원이 되거나 경량의 구조재료로서 보급될 가능성도 갖고 있다.

미국의 연구팀은 최근 이러한 가능성의 실현을 향해 한 걸음 내디뎠다. 로렌스 리버모어 연구소의 가스총을 사용하여 액체수소를 압축하고 액체형태의 금속을 만드는 데 성공했다. 액체금속 상태는 100만분의 1초 이하라는 경미한 시간이었지만 그 사이에 다양한 성질을 조사해 금속이 되었는지를 나타내는 전기전도도를 측정하기에는 충분한 시간이다.

고체의 금속수소를 만드는 최종 목적은 아직 달성되지 않았다. 그러나 이번 실험결과에서 수소가 초고압이나 고온에서 어떻게 행동하는지 많은 지견을 얻을 수 있었다. 이러한 지견으로부터 핵융합 실험로에서 효율적으로 에너지를 만들어내는 단서를 얻을 수 있을 가능성이 있다. 또한 목성의 내부가 어떻게 되어 있는지 연구도 진행될 것이다. 목성은 질량이 매우 크고 내부에서는 액체의 수소가 압축되어 금속으로 되어 있다고 생각되기 때문이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- Making Metallic Hydrogen（SCIENTIFIC AMERICAN May 2000）