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NaS 배터리는 전력망을 지원하거나 독립형 재생 가능 전력 응용 분야에 배치될 수 있다. 일부 시장 조건에서 NaS 배터리는 에너지 차익거래 (전기가 풍부/저렴할 때 배터리를 충전하고, 전기가 더 가치 있을 때 전력망으로 방전) 및 전압 조정을 통해 가치를 제공한다. NaS 배터리는 재생 에너지 발전, 특히 풍력 발전소 및 태양광 발전소를 지원하는 가능한 에너지 저장 기술이다. 풍력 발전소의 경우, 배터리는 바람이 강하지만 전력 수요가 낮을 때 에너지를 저장할 것이다. 이 저장된 에너지는 최대 부하 기간 동안 배터리에서 방전될 수 있다. 이러한 전력 이동 외에도 나트륨-황 배터리는 바람 변동 동안 풍력 발전소의 전력 출력을 안정화하는 데 사용될 수 있다. 이러한 유형의 배터리는 다른 저장 옵션이 실현 불가능한 지역에서 에너지 저장 옵션을 제공한다. 예를 들어, 양수 발전 시설은 상당한 공간과 물 자원을 필요로 하는 반면, 압축 공기 에너지 저장 장치(CAES)는 소금 동굴과 같은 지질학적 특징을 필요로 한다.
2016년, 미쓰비시 전기는 일본 후쿠오카현에 세계 최대 규모의 나트륨-황 배터리를 가동했다. 이 시설은 재생 에너지원을 활용한 피크 시간 동안 에너지 수준을 관리하는 데 도움이 되는 에너지 저장 기능을 제공한다.
높은 에너지 밀도 때문에 NaS 전지는 우주 응용 분야에 제안되었다. 나트륨-황 전지는 우주 등급으로 제작될 수 있다. 실제로 시험용 나트륨-황 전지는 우주왕복선에 탑재되어 비행했다. NaS 비행 실험은 150 W·h/kg의 비에너지 (니켈-수소 전지 에너지 밀도의 3배)를 가지며 350 °C에서 작동하는 배터리를 시연했다. 이 배터리는 1997년 11월 STS-87 임무에서 발사되었으며, 10일간의 실험 작동을 시연했다.
비너스 랜드세일링 로버 임무 개념도 이 유형의 배터리 사용을 고려하고 있는데, 로버와 페이로드가 금성의 뜨거운 표면에서 냉각 시스템 없이 약 50일 동안 기능하도록 설계되고 있기 때문이다.
운송 및 중장비.
나트륨-황 전지의 첫 대규모 사용은 1991년 전기차량 시제품인 포드 "에코스타" 시연 차량이었다. 그러나 나트륨-황 전지의 높은 작동 온도는 전기차량 사용에 어려움을 초래했다. 에코스타는 생산에 들어가지 못했다.
상온 나트륨-황 전지.
기존 나트륨-황 전지의 주요 단점 중 하나는 작동에 높은 온도가 필요하다는 점이다. 이는 사용 전에 예열해야 하며, 사용하지 않을 때에도 이 온도를 유지하기 위해 저장된 에너지의 일부(최대 14%)를 소비해야 한다는 의미이다. 상온 작동은 에너지 절약 외에도 고온 작동 중 고체 전해질 고장으로 인해 발생할 수 있는 폭발과 같은 안전 문제를 완화한다. 상온에서 작동할 수 있는 나트륨-황 전지의 연구 개발이 진행 중이다. 상온 나트륨-황 전지의 이론적 에너지 밀도는 고온 전지보다 높지만, 상온 작동은 다음과 같은 문제를 야기한다.
셔틀 효과.
나트륨-황 전지에서 셔틀 효과는 용량 손실로 이어진다. 용량 손실은 배터리에서 추출할 수 있는 에너지 양의 감소로 정의될 수 있다. 배터리가 방전될 때, 나트륨 이온은 캐소드에서 황(S8 형태)과 반응하여 다음 단계에서 폴리황화물을 형성한다.
문제는 용해성 폴리황화물이 애노드로 이동하여 불용성 폴리황화물을 형성할 때 발생한다. 이러한 불용성 폴리황화물은 애노드에 덴드라이트 형태로 형성되어 배터리를 손상시키고 나트륨 이온의 전해질 이동을 방해할 수 있다. 또한 애노드에 있는 불용성 폴리황화물은 배터리 재충전 시 황으로 다시 전환될 수 없으므로 배터리 작동에 사용할 수 있는 황의 양이 줄어든다(용량 손실). 셔틀 효과를 피하는 방법에 대한 연구가 진행 중이다.
조지프슨 전압 표준()은 4 K의 온도에서 작동하는 초전도 집적회로 칩을 사용하여 인가된 주파수와 기본 상수에만 의존하는 안정적인 전압을 생성하는 복잡한 시스템이다. 이는 어떤 물리적 인공물에도 의존하지 않는다는 점에서 본질적인 표준이다. 이것은 전압을 생성하거나 측정하는 가장 정확한 방법이며, 1990년 국제 협약 이후 전 세계 전압 표준의 기반이 되어 왔다.
조지프슨 효과.
1962년 케임브리지 대학교의 대학원생이었던 브라이언 데이비드 조지프슨은 두 초전도체를 분리하는 얇은 절연 장벽으로 구성된 접합부(현재는 일반적으로 조지프슨 접합이라고 알려져 있음)를 가로지르는 전류와 전압에 대한 방정식을 유도했다. 그의 방정식은 접합부가 주파수 formula_1에서 구동될 때, 전류-전압(I–V) 곡선이 formula_2 값에서 일정한 전압 영역을 형성할 것이라고 예측했다. 여기서 formula_3은 정수이고 formula_4는 플랑크 상수 formula_5와 기본 전하 formula_6의 비율이다. 이 예측은 1963년 샤피로(Shapiro)에 의해 실험적으로 검증되었으며 (역) AC 조지프슨 효과로 알려지게 되었다. 이 효과는 전압을 기본 상수에만 관련된 비례 관계를 통해 초와 연관시키기 때문에 도량형학에 즉시 적용되었다. 처음에는 이것이 비율 formula_4의 개선된 값으로 이어졌다. 오늘날 이것은 모든 기본 전압 표준의 기반이다. 초전도 터널 접합을 통한 초전류에 대한 조지프슨 방정식은 다음과 같이 주어진다.
여기서 formula_9는 접합 전류, formula_10는 임계 전류, formula_11는 접합 전압이다. formula_10는 접합부 형상, 온도, 전압 표준 장치에 사용되는 자기 차폐 내부의 잔류 자기장에 따라 달라진다. 접합부에 DC 전압이 인가되면 Eq. (1)은 전류가 주파수 formula_13로 진동할 것이며, 여기서 formula_14는 약 484 GHz/mV와 같다는 것을 보여준다. 이 진동의 매우 높은 주파수와 낮은 수준 때문에 직접 관찰하기 어렵다. 그러나 주파수 formula_1의 AC 전류가 접합부에 인가되면 접합 진동 formula_16는 인가된 주파수에 위상 동기화되는 경향이 있다. 이 위상 동기화 하에서, 접합부의 평균 전압은 formula_17와 같다. (역) AC 조지프슨 효과로 알려진 이 효과는 접합부의 전압-전류(I–V) 곡선에서 formula_18에서 일정한 전압 스텝으로 관찰된다. 접합부가 formula_1의 고조파에 위상 동기화될 수도 있다. 이것은 그림 1a에 표시된 것처럼 formula_20 (여기서 formula_3은 정수) 전압에서 일련의 스텝을 초래한다.
조지프슨 효과는 처음에는 웨스턴 전지에 의해 유지되는 SI 볼트 구현에서 파생된 전압 값을 기반으로 상수 formula_14의 측정을 개선하는 데 사용되었다. 이러한 측정의 불확실성은 SI 볼트 구현의 불확실성과 웨스턴 전지의 안정성에 의해 제한되었다. 조지프슨 볼트의 안정성은 formula_1의 안정성(1012분의 1만큼 쉽게 가능함)에만 의존하며, 웨스턴 전지의 안정성보다 최소 4자리 이상 좋다. 따라서 1970년대 초, 많은 국가 표준 연구소는 조지프슨 상수 formula_24의 값을 채택하고 (역) AC 조지프슨 효과를 전압의 실용 표준으로 사용하기 시작했다. 기존 국가 표준의 작은 차이 때문에 여러 국가에서 다른 formula_25 값이 채택되었다. 이 불일치는 1990년에 국제 협약에 의해 상수 formula_26에 483597.9 GHz/V 값이 할당되고 모든 표준 연구소에서 채택되면서 수정되었다. 할당된 값은 1990년 이전에 많은 국가 측정 기관에서 수행된 볼트 구현 측정의 가중 평균을 기반으로 한다. formula_26의 불확실성은 0.4 ppm이다. 물리적 인공물이 아닌 기본 상수에 의존하는 조지프슨 볼트와 같은 표준은 본질적인 표준으로 알려져 있다. 조지프슨 전압 표준(JVS)이 볼트의 SI 정의를 구현하지는 않지만, 웨스턴 전지와 같은 인공물을 옮길 필요 없이 어디서든 재현할 수 있는 매우 안정적인 기준 전압을 제공한다. 조지프슨 전압-주파수 관계 formula_28의 정확성과, 바이어스 전류, 온도, 접합 재료와 같은 실험 조건에 대한 독립성은 많은 테스트를 거쳤다. 이 관계에서 유의미한 편차는 발견되지 않았다. 이 실험들 중 가장 정밀한 실험에서는 두 개의 조지프슨 장치가 동일한 주파수 소스에 의해 구동되고, 동일한 스텝에 바이어스되며, 작은 인덕터에 걸쳐 직렬 반대 루프로 연결된다. 이 루프는 완전히 초전도이므로, 어떤 전압 차이도 인덕터의 자기장 변화로 이어진다. 이 자기장은 SQUID 자력계로 감지되며, 그 일정성은 전압 차이에 대해 1019분의 3 미만의 상한선을 설정했다. 그림 2는 지난 70년 동안 국가 측정 기관(NMI) 간의 DC 전압 측정에서 전형적인 차이가 어떻게 감소했는지 보여주는 반대수 그림이다. 두 가지 주요 개선은 1970년대 초 단일 접합 조지프슨 표준의 도입과 1984년에 시작된 직렬 배열 조지프슨 표준의 도입과 일치한다.
초기 조지프슨 표준.
AC 조지프슨 효과는 웨스턴 전지보다 훨씬 더 안정적인 전압 기준을 제공하지만, 첫 번째 단일 접합 조지프슨 표준은 매우 작은 전압(1–10 mV)을 생성했기 때문에 사용하기 어려웠다. 두 개 이상의 접합부를 직렬로 연결하여 전압을 높이려는 여러 시도가 있었다. 이 중 하나는 20개의 접합부를 직렬로 사용하여 109분의 몇 배의 불확실성으로 100 mV의 전압을 구현했다. 각 접합부가 일정한 전압 스텝에 있도록 보장하려면 20개의 접합부 각각에 대해 바이어스 전류를 개별적으로 조정해야 했다. 이 절차의 어려움 때문에 20개 이상의 접합부 배열은 비실용적이다.
1977년 레빈슨 등은 궁극적으로 다중 바이어스 문제의 해결책으로 이어질 제안을 했다. 레빈슨은 RF 유도 조지프슨 스텝의 특성을 결정하는 데 매개변수 formula_29의 중요성을 지적했다. formula_30는 접합부 션트 저항 formula_31에 의한 조지프슨 진동의 감쇠를 측정하는 값이다. 특히, 그는 큰 정전 용량 formula_32와 큰 formula_31 (formula_34)을 가진 접합부가 그림 1b에 표시된 것과 같은 이력적인 정전압 스텝을 가진 I–V 곡선을 생성할 수 있음을 보여주었다. 이 스텝들은 I–V 곡선의 영전류 축을 가로지르기 때문에 영교차 스텝으로 알려지게 되었다. 처음 몇 스텝 사이에 안정적인 영역이 없다는 것은 작은 DC 바이어스 전류의 경우 접합 전압이 양자화되어야 함을 의미한다. 영 또는 영에 가까운 공통 바이어스 전류를 사용하면, 이러한 접합부의 큰 배열에 걸쳐 있는 전압도 양자화되어야 한다. 넓은 범위의 접합부 및 작동 매개변수에서 영전류에서 정전압 스텝을 얻을 가능성은 많은 접합부 배열을 사용하여 전압 표준을 구축할 가능성을 시사했다.
몇 가지 예비 실험 후, 1984년 미국 국립표준국과 독일의 물리기술연구원 간의 공동 노력으로 접합 안정성과 마이크로파 분배 문제를 해결하고 레빈슨의 아이디어를 기반으로 한 최초의 대형 조지프슨 배열을 만들었다. 추가적인 설계 개선과 시스템 개발로 1985년 최초의 실용적인 1V 조지프슨 표준이 만들어졌다.
조지프슨 접합 컴퓨터를 위한 탐구에 의해 크게 주도된 초전도 집적회로 기술의 발전은 곧 훨씬 더 큰 배열을 가능하게 했다. 1987년에는 이 설계가 14484개의 접합부를 가진 칩으로 확장되어 에서 범위에 걸쳐 약 개의 양자화된 전압을 생성했다. 10V 조지프슨 표준이 많은 국가 표준 연구소에 구현되면서 수많은 추가 개선이 이루어졌다. 1989년까지 완전한 전압 측정 시스템을 위한 모든 하드웨어와 소프트웨어가 상업적으로 이용 가능했다. 오늘날 전 세계 70개 이상의 국가, 산업 및 군사 표준 연구소에 조지프슨 배열 전압 표준이 있다. 국제 도량형국(BIPM)에서 수행하는 국제 비교 프로그램은 이동식 조지프슨 표준과 NMI 간의 차이를 측정했으며, 이는 일반적으로 109분의 1 미만이다.
접합 설계 세부 사항.
그림 3은 대형 직렬 배열의 한 접합부의 기본 구조를 보여준다. 접합부는 두 초전도 박막이 얇은 산화물 장벽으로 분리되어 겹쳐진 부분이다. 접합부는 접지면 위에 놓여 있으며, 몇 마이크로미터의 절연체로 분리되어 있다. DC 전류 formula_35와 마이크로파 전류 formula_36는 접합부를 통해 흐른다. 접합부의 설계 매개변수는 길이 formula_37, 폭 formula_38, 임계 전류 밀도 formula_39(단위 면적당 임계 전류) 및 마이크로파 구동 주파수 formula_1이다. 배열 전압 표준의 실제 구현은 이러한 매개변수가 그림 1b에 표시된 양자화된 전압 레벨의 안정성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 철저한 이해를 필요로 한다. 안정적인 작동을 위해서는 다음 네 가지 조건을 충족해야 한다.
이러한 조건 중 하나라도 위반되면 접합 전압이 여러 스텝 사이에서 무작위로 전환되어 측정이 불가능해질 가능성이 있다. 이러한 조건에 대한 엄밀한 유도는 카우츠(Kautz)의 여러 논문 주제이다.
그림 4는 formula_37, formula_38, formula_39의 3차원 공간에서 안정적인 동작 영역을 보여준다. 그림 4의 음영 처리된 볼륨으로 표현되는 안정적인 작동 마진은 formula_1에 따라 증가하며, 궁극적으로 안정성과 매우 높은 주파수 마이크로파 소스를 제공하는 경제성 사이의 절충점에 의해 결정된다. 24 GHz와 같이 낮은 주파수에서도 안정적인 배열이 시연되었지만, 대부분의 실용적인 표준은 70–96 GHz 범위에서 작동한다. 표 1은 일반적으로 사용되는 설계에 대한 일반적인 접합 매개변수 집합을 나열한다.
배열 설계.
그림 1b에 표시된 I–V 곡선은 약 에서 범위에 걸쳐 있는 스텝을 보여주며, 이는 거의 최적의 마이크로파 전류 수준으로 구동되는 접합부에 대한 것이다. 낮은 마이크로파 전류에서는 스텝이 더 작은 전압 범위를 커버하고, 높은 마이크로파 전류에서는 스텝이 작아지고 영전류 축에서 벗어나기 시작한다. 대형 배열에서는 모든 접합부가 큰 영교차 스텝을 생성해야 하므로, 마이크로파 전력은 가장 큰 마이크로파 구동을 받는 한 접합부에 맞출 수 있을 만큼 낮은 값으로 조정되어야 한다. 따라서 가장 적은 수의 접합부에서 가장 큰 전압을 얻기 위해서는 배열 표준이 수천 개의 접합부에 거의 균일한 마이크로파 전력을 전달할 수 있는 회로 설계를 필요로 한다. 이 접합부들은 모두 직렬로 연결되어 있다. 이 문제의 해결책은 그림 3을 그림 5a에 표시된 것처럼 접지면 위에 일렬로 배열된 접합부들의 직렬 연결로 간단히 확장하는 것이다. 이는 상대적으로 낮은 손실로 마이크로파 전력을 전파할 수 있는 마이크로파 스트립라인을 만든다. 접합부의 용량성 임피던스는 스트립라인 임피던스(약 3 Ω)에 비해 매우 작아서(약 1 mΩ) 각 접합부가 스트립라인의 마이크로파 전력 전파에 미치는 영향이 매우 미미하다. 일반적으로 각 접합부는 통과하는 전력의 약 0.02%에서 0.04%를 흡수한다. 따라서 수천 개의 접합부를 직렬로 연결하고도 약 ±1.5 dB의 전력 균일도를 달성할 수 있다. 신중한 설계를 통해 최대 4800개의 접합부를 가진 스트립라인이 사용되었다.
조지프슨 표준은 약 개의 접합부를 필요로 하기 때문에, 그림 5b에 나타낸 것과 유사한 직렬/병렬 회로를 채택할 필요가 있다.[39] 여기서 저역 및 고역 통과 필터 네트워크는 마이크로파 전력을 4개의 병렬 경로로 분할하면서 모든 접합부가 직렬로 연결된 DC 경로를 유지하게 한다.
개 접합부 배열의 전형적인 집적회로 레이아웃은 그림 6에 나와 있다. 마이크로파 구동 전력은 도파관에서 핀라인 안테나에 의해 수집되고, 16갈래로 분할되어 각각 1263개의 접합부를 가진 16개의 접합부 스트립 라인으로 주입된다. 접합부 스트립 라인은 약 2 마이크로미터의 SiO2 유전체에 의해 초전도 접지면과 분리되어 있다. 분할 네트워크의 대칭성은 각 서브어레이에 동일한 전력이 전달되도록 보장한다. 정재파와 그에 따른 서브어레이 내의 불균일한 전력 분포를 초래할 수 있는 반사를 피하기 위해 몇 가지 주의 사항이 필요하다.
전압 표준 칩은 일반적으로 실리콘 또는 유리 기판에 제조된다. 집적회로는 8개의 층으로 구성된다.
측정 시스템.
현대 조지프슨 전압 표준 시스템의 블록 다이어그램은 그림 7에 나와 있다. 조지프슨 배열 칩은 액체 헬륨 듀어와 실온 환경 사이의 전환을 만드는 극저온 프로브 끝에 있는 높은 투자율의 자기 차폐 내부에 장착된다. 일부 시스템은 극저온 냉각기를 사용하여 칩을 냉각하고 액체 헬륨의 필요성을 없앤다. 세 쌍의 구리선이 배열에 연결된다. 한 쌍은 바이어스 전류를 공급하고, 두 번째 쌍은 오실로스코프로 배열 전압을 모니터링하며, 세 번째 쌍은 배열 전압을 보정 시스템으로 전달한다. 모든 전선은 듀어 상단의 상자에 있는 여러 수준의 RFI 필터링을 통과한다. 상자, 필터 및 듀어 자체는 조지프슨 배열을 스텝 전환을 유발할 수 있는 전자기 간섭으로부터 보호하는 차폐막을 형성한다. 마이크로파 전력은 각 끝에 WR-12 발사 혼이 있는 12 mm 직경 튜브로 구성된 도파관을 통해 전달된다. 속이 빈 양은 또는 내부에 은이나 금으로 도금된 스테인리스 스틸 튜브가 일반적으로 사용된다. 이 도파관은 동시에 낮은 열 손실(하루 0.5 L 미만의 액체 He)과 낮은 마이크로파 손실(75 GHz에서 0.7 dB만큼 낮음)을 달성한다.
75 GHz 근처의 주파수에서 작동하는 위상 고정 발진기(PLO)는 칩에 마이크로파 전력을 제공한다. 75 GHz 소스의 주요 요구 사항은 다음과 같다. (1) 주파수가 높은 정확도(1010분의 1)로 알려져야 하며 (2) 최소 50 mW(+17 dBm)의 안정적인 출력 전력을 생산해야 한다. 소스를 다양한 주파수 범위에 걸쳐 튜닝할 수 있는 것이 유용하지만 필수적이지는 않다. PLO는 상업용 마이크로파 카운터에 피드백 기능을 추가하여 구성하거나 맞춤형 위상동기회로로 만들 수 있다. 최근에는 더 신뢰할 수 있고 더 넓은 튜닝 범위와 해상도를 제공하는 마이크로파 주파수 신디사이저가 선호되는 마이크로파 소스가 되었다. 시스템의 주파수 참조는 일반적으로 GPS 수신기 또는 원자 시계에서 파생된 10 MHz 사인파이다.
그림 1b의 영교차 스텝은 전체 접합 배열을 통과하는 단일 바이어스 전류를 허용하면서 배열의 모든 접합부가 일정한 전압 스텝에 있도록 보장한다. 이로 인해 배열을 특정 원하는 스텝으로 설정하는 데 상당한 복잡성이 발생한다. 그림 8a는 바이어스 회로의 간략화된 다이어그램을 보여준다. 이 회로에서 컴퓨터는 하나의 디지털-아날로그 변환기(DAC)로 바이어스 전압 formula_54를 설정하고 두 번째 DAC를 사용하여 광 변조 저항을 통해 바이어스 임피던스 formula_55를 제어한다. 그림 8b는 배열의 안정적인 작동 지점에 대한 그래픽 솔루션을 보여주며, 바이어스 전압과 바이어스 임피던스 제어를 사용하여 특정 양자 전압 스텝을 선택하는 방법을 보여준다.
부하선은 바이어스 전원에 의해 정의되는 전압 및 전류 범위를 나타낸다. 이 부하선과 배열의 I–V 곡선(수직선)의 교차점은 가능한 안정적인 바이어스 지점이다. formula_54의 변화는 부하선을 좌우로 이동시키고, formula_55의 변화는 기울기를 변경한다. 주어진 전압 formula_58에서 스텝을 선택하려면, 소스 전압을 formula_58로 설정하고 소스 임피던스를 약 formula_60로 설정한다. 여기서 formula_61는 스텝 높이다. 이렇게 하면 부하선이 하나 또는 두 개의 스텝만 교차할 만큼 가파르게 되어 배열을 formula_58 또는 그 근처의 스텝으로 강제한다. formula_58에 감쇠 진동을 가하면 배열을 formula_58에 가장 가까운 스텝으로 이동시키는 데 도움이 된다. 스텝이 선택되면, 배열 전류가 영이 되고 배열이 바이어스 소스에서 효과적으로 분리될 때까지 네 개의 바이어스 연결 모두에서 소스 임피던스가 부드럽게 증가한다(부하선이 수직이 됨). 이 개방 바이어스 조건은 배열에 가장 안정적인 상태이며, 배열의 작은 직렬 저항으로 인한 오류 가능성을 제거한다 – 일반적인 배열 결함이다. 이 세 단계 과정의 컴퓨터 제어를 통해 시스템은 몇 초 이내에 특정 스텝에서 배열 전압을 찾아 안정화할 수 있다. 고품질 조지프슨 배열은 선택된 스텝에 여러 시간 동안 유지될 것이다.
조지프슨 표준을 보조 표준 또는 다른 조지프슨 표준과 비교하기 위한 수많은 알고리즘이 개발되었다. 이러한 알고리즘은 사용되는 평균화 양, 반전 스위치의 유형 및 배치, 데이터를 줄이고 불확실성을 계산하는 데 사용되는 통계 방법이 다르다. 알고리즘 선택은 비교 유형, 원하는 불확실성 수준 및 사용 가능한 시간에 따라 달라진다. 제너 참조 표준의 교정에 적합한 일반적으로 사용되는 알고리즘 중 하나는 여기에 설명되어 있다.
측정 알고리즘 예시.
조지프슨 배열 전압에 대한 미지 참조 formula_65의 전압은 그림 9(그림 7의 하위 집합)에 표시된 회로를 사용하여 결정된다. 이 회로에서는 미지 참조와 조지프슨 배열이 널 미터(null meter)에 걸쳐 직렬 반대로 연결된다. 반전 스위치는 열 및 기타 오프셋 전압의 영향을 제거하는 데 사용된다. 스텝 번호 formula_66과 때로는 주파수 formula_67는 널 전압을 가능한 한 작게 만들기 위해 조정된다. 회로 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서, formula_69는 조지프슨 배열 전압이고, V0는 열 오프셋 전압과 널미터의 모든 오프셋 전압의 조합이며, mt는 오프셋 전압의 선형 드리프트 성분을 나타내고, formula_70는 반전 스위치의 극성이고, formula_71은 차동 널 전압이며, formula_72는 미지, 널미터 및 기타 무작위 노이즈 소스의 노이즈를 나타낸다. 이제 매개변수 formula_73를 정의한다. 여기서 formula_71은 시간 formula_75에서의 측정값이고 formula_66은 formula_71로부터 다음과 같이 결정된다.
여기서 formula_79는 시스템 전압계에 의한 formula_65의 초기 직접 측정값이고 "Round" 함수는 가장 가까운 정수로 반올림하는 것을 의미한다. formula_65의 직접 측정값은 배열을 formula_82 스텝으로 설정하여 얻어진다. 이는 그림 7에서 전압계를 제너 기준에 직접 연결하는 것을 볼 수 있다.
formula_83와 formula_84의 측정값을 기반으로 formula_85에 대한 formula_86와 formula_87 값 집합이 획득된다. 데이터가 승인되기 전에 2 μV 이내의 일관성을 위해 formula_71의 연속적인 세 값이 검사된다. 이는 양자 전압 스텝 간에 자발적인 전환이 발생할 때 발생할 수 있는 과도 상태에 의해 손상될 수 있는 데이터를 제거한다. 스텝 전환 중에 formula_58와 formula_71이 동일하게 변하므로 formula_86는 일정하게 유지되어 데이터 수집 과정이 스텝 전환에 상대적으로 면역이 된다. 분당 최대 5번의 전환을 일으킬 수 있는 조지프슨 배열 칩의 경우에도 데이터가 효율적으로 수집된다. 미지값과 널 미터의 노이즈로 인한 데이터의 산란은 일반적으로 표준 편차가 20~100 nV 정도인 가우스 프로세스로 모델링될 수 있다. 그러나 이 프로세스에 맞지 않는 간헐적인 노이즈 스파이크가 있으며, 이는 잘 작동하는 데이터에서 1 μV에서 10 μV 떨어진 글리치를 formula_86 데이터에 생성한다. 이러한 데이터를 감지하고 제거하기 위해 이상치 테스트가 사용된다.
첫 번째 데이터 세트 수집 후, 미지의 극성이 반전되고(formula_93), 바이어스가 재조정되어 formula_71을 최소화하는 스텝이 선택되며, 두 번째 데이터 세트가 획득된다. 두 번의 추가 반전을 통해 세 번째 및 네 번째 데이터 세트가 생성된다. formula_95 및 formula_96에 대한 최상의 추정치는 네 데이터 세트의 모든 formula_97에 대해 formula_98 집합의 제곱합 제곱근(RSS) 오차를 최소화하는 최소 제곱 재귀 분석을 통해 얻어진다. 일반적인 제너 표준 측정에서, 표준의 노이즈는 종종 formula_96의 계산된 값을 지배한다. formula_100에 대한 A형 불확실성은 formula_86 집합의 평균의 표준 편차이다. 일반적으로 이 전체 교정 알고리즘은 컴퓨터에 의해 제어되며 몇 분 안에 완료된다. 반전 사이에 불균일한 지연이 있는 데이터를 제외하고, 전체 formula_86 세트의 절댓값에 대한 단순 평균은 formula_103의 equally good 추정치이다.
그림 7에 보이는 것과 같은 시스템은 웨스턴 전지, 제너 기준 및 정밀 디지털 전압계와 같은 보조 표준을 교정하는 데 사용된다. 이러한 교정은 조지프슨 배열 전압을 formula_104로 설정할 수 있다는 사실에 의해 크게 단순화된다. 여기서 정수 formula_66은 약 에서 범위 내의 어떤 값도 가질 수 있다. 10V 제너 표준 측정의 전형적인 불확실성은 제너의 노이즈에 의해 약 0.01 ppm으로 제한된다. 조지프슨 배열을 넓은 범위의 이산 전압으로 설정할 수 있는 능력은 또한 고정밀 디지털 전압계의 선형성을 측정하는 가장 정확한 도구가 되게 한다.
조지프슨 소자의 단자 양단에 나타나는 전압은 원칙적으로 formula_104로 정확히 주어지지만, 실제 측정에서는 8가지 오차 및 불확실성 원인이 있다.
기준 주파수 오프셋 또는 알려진 누설 저항과 같은 알려진 오차의 경우 보정을 수행할 수 있다. 그런 다음 측정학자의 임무는 보정의 불확실성을 포함하여 모든 불확실성에 현실적인 숫자를 할당하는 것이다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 원인 1과 2만이 조지프슨 배열의 전압에 의존한다는 점에 주목한다. 다른 모든 구성 요소는 배열 전압에 관계없이 거의 동일하다. 따라서 원인 3-8의 결합된 효과는 다른 측정에 사용되는 것과 정확히 동일한 알고리즘을 사용하여 단락 회로 측정을 수행함으로써 정량적으로 평가할 수 있다. 원인 3-8로 인한 표준 오차는 단락 회로 측정 세트의 제곱근 평균(RMS) 값이다. 주파수 및 누설 불확실성을 추정하기 위해 추가 실험을 수행해야 한다. 불확실성을 결합하고 신뢰 구간을 설정하기 위한 국제적으로 승인된 절차는 BIPM의 측정 불확실성 평가 가이드(Guide to the Evaluation of Uncertainty in Measurement)의 주제이다.
일반적으로 몇 분의 측정 평균화 시간 동안 조지프슨 시스템의 총 불확실성 기여는 몇 나노볼트이다. 이러한 시스템의 가장 일반적인 용도는 50–100 nV의 노이즈 레벨을 가진 제너 표준의 교정이기 때문에 조지프슨 시스템의 기여는 무시할 수 있다.
추적성과 등가성.
1904년 의회 법안은 미국의 법적 볼트를 현재 미국 국립표준기술연구소(NIST)가 정의하는 양으로 확립했다. 1990년 볼트의 조지프슨 표현에 대한 국제 협약으로 NIST는 미국의 법적 볼트를 국제 볼트 표현과 동일하게 정의했다. 1984년 첫 조지프슨 배열 전압 표준의 성공 이후, 전 세계 70개 이상의 국가 측정 기관(NMI), 군사 및 상업 연구소로 그 사용이 확산되었다. 이로 인해 원칙적으로 국가 표준만큼 우수한 JVS를 소유한 비NMI의 추적성에 대한 혼란이 발생했다. 이 질문에 대한 일부 지침은 국제 표준화 기구(ISO) 문서에 제공되어 있으며, 이는 NMI와의 비교에 참여한 JVS와 같은 본질적인 표준은 추적성을 주장할 수 있다는 일반 원칙을 명시한다.
카밀 안바로비치 이브라기모프(, 1993년 8월 13일~)는 러시아의 펜싱 선수로 주 종목은 사브르이다. 2020년 하계 올림픽에 참가했으며 세계 선수권 대회에서 금메달 2개, 은메달 1개, 동메달 1개를 획득했다.
아버지인 안바르 이브라기모프와 어머니인 올가 벨리치코 또한 국가대표 펜싱 선수로 활동했다.
뱅상 앙스테트(, 1982년 7월 26일~)는 프랑스의 펜싱 선수로 주 종목은 사브르이다. 2016년 하계 올림픽에 참가했고 세계 선수권 대회에서 금메달 1개, 은메달 1개, 동메달 2개, 유럽 선수권 대회에서 은메달 2개, 동메달 2개를 획득했다.
보흐단 세르히요비치 니키신(, 1980년 5월 29일~)은 우크라이나의 펜싱 선수, 지도자로 주 종목은 에페이다. 올림픽에 4회(2004, 2008, 2016, 2020) 참가했으며 세계 선수권 대회에서 금메달 1개, 은메달 2개, 동메달 2개, 유럽 선수권 대회에서 은메달 2개, 동메달 5개를 획득했다.
2025-26년 AFC 챔피언스리그 투 조별 리그는 2025년 9월부터 12월까지 시행될 예정이다. 본선 조별 리그에서 총 32개팀들이 경쟁해서 16개팀들이 2025-26년 AFC 챔피언스리그 투 결선 토너먼트 16강전에 진출한다.
페즈만 몬타제리(, 1983년 9월 6일 ~ )는 이란의 전 축구 선수로, 수비수로 활약했다.
풀라드.
몬타제리는 2005년 이란 프로 리그 우승을 차지한 풀라드 선수단에서 뛰어난 재능을 가진 선수 중 한 명이었다. 그는 2006년 AFC 챔피언스리그 조별 리그에서 풀라드를 대표하여 출전했다.
풀라드가 아자데간 리그로 강등된 후, 몬타제리는 에스테글랄과 계약을 맺었다. 그는 첫 두 시즌 동안 팀의 주전 선수로 활약하며 이란 프로 리그와 하즈피 컵 우승을 경험했다. 이후 2013년까지 에스테글랄과 계약을 연장했으며, 2012-13년 시즌 리그 우승을 차지했다. 또한 2013년에는 아시아 챔피언스리그 준결승에 진출했다.
움살랄.
몬타제리는 2014년 1월 5일, 움살랄로 이적했다. 그가 합류했을 당시 클럽은 강등 위기에 있었으나, 몬타제리의 리더십 아래 움살랄은 강등을 피하고 7위로 시즌을 마쳤다.
2015년 5월 31일, 몬타제리는 카타르 클럽 알아흘리와 2년 계약을 체결했다.
에스테글랄 복귀.
6월 14일, 몬타제리는 알아흘리와 계약을 갱신하지 않기로 상호 합의한 후 에스테글랄로 복귀했다. 그는 첫 번째 임기 동안 입었던 33번 유니폼을 다시 착용했다.
몬타제리는 이란 U-23 국가대표팀의 일원으로 2006년 아시안 게임에 참가했다. 2011년 10월 5일, 그는 팔레스타인과의 경기에서 이란 국가대표팀 데뷔 전을 치렀으며, 이 경기에서 득점을 기록하며 이란이 7–0으로 승리하는 데 기여했다. 그는 경기 후 최우수 선수로 선정되었다.
그는 카를루스 케이로스 감독에 의해 2014년 FIFA 월드컵 예선, 2015년 AFC 아시안컵 예선, 2012년 WAFF 챔피언십 등 국가대표팀에 호출되었다. 2014년 6월 1일, 카를루스 감독은 몬타제리를 2014년 FIFA 월드컵 본선 명단에 포함시켰다. 그는 본선에서 이란이 조별 리그에서 탈락할 때까지 세 경기 모두 풀타임으로 출전했다. 그러나 2015년 AFC 아시안컵은 부상으로 결장했다.
몬타제리는 2018년 FIFA 월드컵 예선에도 호출되어 모르테자 푸랄리간지, 잘랄 호세이니와 함께 안정적인 수비를 구축하며, 이란이 한 골도 허용하지 않고 월드컵 본선 진출에 성공하는 데 기여했다. 2018년 5월에는 러시아에서 열린 2018년 FIFA 월드컵을 위한 이란 예비 명단에 포함되었다.
선두당선제(First-past-the-post voting, FPTP)는 승자독식, 최다득표자 당선(first-preference plurality, FPP) 또는 단순히 다수결이라고도 불리며 소선거구제에서 하나의 당선인을 선출하는 투표 규칙이다. 유권자는 한 후보를 가장 선호하는 후보, 즉 최선호자(First Preference)로 표시하며, 다른 후보보다 더 많은 최상위 선호(즉 다수결)를 얻은 후보가 당선된다. 이때 과반수(즉 과반) 득표를 얻지 못하더라도 당선될 수 있다.
FPTP는 중세 시대부터 영국 의회 하원의 일부를 선출하는 데 사용되었으며 이후 대영 제국 전역으로 퍼졌다. 20세기 동안 이전에는 FPTP를 사용했던 많은 국가가 오스트레일리아와 뉴질랜드와 같은 구 영국 식민지를 포함하여 다른 선거 제도를 선호하며 이를 포기했다. FPTP는 여전히 대부분의 미국 주에서 대부분의 선거에 공식적으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 관할권에서 당내 예비선거와 양당제가 결합되면 대부분의 미국 선거는 사실상 결선투표제처럼 운영되며, 1차 투표에서 두 명의 주요 경쟁자를 선택하고 그 중 한 명이 과반수 득표를 얻게 된다. 대한민국에서도 투표시에 사용하는 선거 제도이다.
FPTP에서는 최선호 투표만 중요하다. 따라서 멤피스에 42%, 내슈빌에 26%, 녹스빌에 17%, 채터누가에 15%의 득표율이 부여될 것이다. 멤피스가 가장 많은 표를 얻었기 때문에 주 중앙에서 멀리 떨어져 있고 더 많은 유권자가 전체적으로 다른 어떤 선택지보다 내슈빌을 더 강력하게 선호하더라도 FPTP 선거에선 멤피스가 승리할 것이다. 반대로, 즉석결선투표제는 최동단 도시인 녹스빌을 선출할 것이다. 이것은 선거를 중도 압착 상황으로 만든다.
이에 반해 콩도르세 방법과 점수 투표제 모두 (테네시의 수도)를 승자로한다.
속성과 효과.
FPTP의 가장 두드러진 효과는 의회 내 정당 의석수가 선거 득표수와 거의 관련이 없고, 해당 득표가 지리적으로 어떻게 분포되었는지에만 관련이 있다는 사실이다. 득표수가 적은 정당이 때로는 예상보다 많은 의석을 차지하기도 하며, 가장 많은 표를 얻은 정당이 종종 전국 득표율보다 20% 더 많은 의석을 차지하기도 한다. 일부는 FPTP가 선거 시스템의 근본적인 요구사항인 유권자의 견해를 정확하게 대변하지 못한다며 비판한다. FPTP는 종종 거대 정당을 과도하게 대표(과반수 득표를 얻지 못한 정당에게 의회/입법부 의석의 과반수를 부여)하고 소수 정당을 과소 대표하여 "허위 다수"를 만들어낸다.
캐나다에서는 다수 여당 정부가 자주 수립되었지만, 대개 선거에서 과반수 득표를 얻지 못한 정당으로 구성되었다. 다수 여당 정부를 구성하고 과반수 득표도 얻은 정당은 1900년 이후 단 6번(1900년, 1904년, 1917년, 1940년, 1958년, 1984년)뿐이었다.
영국에서는 1922년 이후 치러진 24번의 총선 중 19번에서 단일 정당 다수 여당 정부가 탄생했다. 이 중 단 두 번(1931년과 1935년)에서만 제1정당이 영국 전역에서 과반수 득표를 얻었다.
어떤 경우에는 전체 투표에서 다수표 또는 심지어 과반수표를 얻었음에도 불구하고 입법부 의석의 다수를 얻지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 결과는 다수 반전 또는 선거 역전, 잘못된 승자 결과라고 불리는 상황을 초래한다. 전국 득표에서 2위를 차지한 정당이 의석 과반수를 차지한 유명한 사례로는 가나의 2012년 가나 총선, 뉴질랜드의 1978년 뉴질랜드 총선 및 1981년 뉴질랜드 총선, 영국의 1951년 영국 총선 등이 있다.
전국 득표에서 2위로 득표한 정당이 의석 다수를 차지한 유명한 사례로는 캐나다의 2019년과 2021년 연방선거, 일본의 2003년 중의원 선거 등이 있다. 거의 순수한 양당 경쟁 상황에서 한 정당이 과반수 득표를 얻더라도 2위 정당이 과반수 의석을 차지하는 것이 가능하다. 이러한 현상은 세인트빈센트 그레나딘에서 1966년 총선과 1998년, 2020년에서, 그리고 벨리즈에서 1993년에 발생했다. 두 정당만 있고 선거구 크기가 동일하더라도, 과반수 의석을 차지하려면 단순히 절반 이상의 선거구에서 절반 이상의 득표를 얻으면 된다. 다른 정당이 나머지 선거구에서 모든 표를 얻더라도 이론적으로 전체 득표의 4분의 1만으로도 입법부에서 다수를 차지할 수 있다. 한 선거구에서 충분히 많은 후보자가 표를 분할하면, 승리하는 데 필요한 총 득표수를 임의로 작게 만들 수 있다.
선두당선제 하에서는 소수 정당이 자신과 유사성이 더 큰 거대 정당의 표와 의석을 가져가서 자신과 유사성이 덜한 정당에게 유리하게 작용할 수 있다. 예를 들어, 2000년 미국 대통령 선거에서 좌파 성향의 랠프 네이더는 좌파 성향의 앨 고어로부터 더 많은 표를 가져갔고, 그 결과 네이더는 민주당이 선거를 망치게 만들었다. 정치 압력 단체인 Make Votes Matter에 따르면 FPTP는 거대 정당이 유사한 정책으로 유사한 유권자 집단을 목표로 삼도록 강력한 선거적 유인을 만든다. 이는 거대 정당이 유사한 정책을 중심으로 결집하도록 유도하기 때문에 한 국가의 정치적 다양성을 감소시킨다. ACE 선거 지식 네트워크는 인도의 FPTP 사용을 "영국 식민주의의 유산"으로 설명한다.
정치학의 개념인 뒤베르제의 법칙은 선두당선제를 사용하는 선거구는 충분한 시간이 주어지면 양당제로 이어진다고 말한다. 경제학자 제프리 삭스는 다음과 같이 설명한다.
그러나 선두당선제 선거를 치르는 대부분의 국가에는 다당제 의회가 존재하며(두 개의 정당이 다른 정당보다 크긴 하지만), 미국이 가장 큰 예외이다. 뒤베르제의 법칙에 대한 반론도 있는데, 전국적으로 다수결 제도가 양당제를 조장할 수 있지만 개별 선거구에서는 초과 다수가 가장 큰 정당의 분열을 야기할 수 있다는 것이다.
거점, 핵심 선거구 및 킹메이커.
지리적 대표성의 왜곡(인위적인 지역주의)은 정당이 약한 지역을 "포기"하고 당선될 가능성이 높지 않은 지역을 무시하도록 유도하며, 이는 국익에 부합하지 않는 정부로 이어진다.
또한 선거 운동 기간 동안 정당의 선거 운동은 대표성 변화의 가능성이 있는 상대방이 차지하고 있는 경합 지역에 집중되는 경향이 있다. 이러한 결정은 더 안전한 지역(한 정당 또는 다른 정당에게 안정적으로 지지를 받을 수 있는 지역)을 적극적인 선거 운동 참여에서 제외시킨다. 각 정당은 특정 선거구를 목표로 삼아, 활동가와 정책 제안을 경합 지역으로 간주되는 지역, 즉 패배하거나 승리할 가능성이 있는 지역으로 유도하며 이곳에서 각 추가 득표는 잠재적으로 더 중요하고 더 큰 가치를 지닌다.
FPTP가 다수 여당 정부를 구성하는 능력은 비례대표제에 비해 장점으로 지지자에게 인용되었다. 비례대표제에서는 소수 정당이 연정에서 '킹메이커' 역할을 하여 교섭력을 행사하고, 따라서 의석수에 비해 정책에 대한 영향력이 과도하게 커질 수 있다. FPTP 체계에서는 대체로 큰 규모의 당이 형성되므로 집권 정당이 과반수 득표를 얻지 못하더라도 이러한 상황은 대부분 회피된다.&lt;ref name="Brams/Kilgour2010"&gt;&lt;/ref&gt; FPTP는 종종 의회에서 다수표를 확보한 정부를 배출하여, 해당 정부가 집권 기간 동안 선거 매니페스토 공약을 이행하는 데 필요한 입법 권한을 받는다.
이는 정당 간에 분열될 수 있지만 광범위한 대중의 지지를 받는 당의 입법 의제가 있는 국가, 또는 적어도 사회 전체에 이익이 되는 국가에서는 유익할 수 있다. 그러나 대중의 지지가 부족한 정부에게 입법 투표 다수를 넘겨주는 것은 문제가 될 수 있다. 특히 해당 정부의 정책이 유권자의 일부에게만 유리할 경우, 특히 유권자가 부족, 종교 또는 도시-농촌으로 분열되어 있을 때 더욱 그렇다. 또한 2009년 이스라엘 총선에서 선두 정당인 카디마가 연정을 구성할 수 없어 더 작은 정당인 리쿠드가 최대 정당이 아니면서도 정부를 구성한 경우처럼, 소수 정당이 다른 소수 정당과 연정을 구성하여 명확한 위임 없이 정부를 구성하는 불공정한 연정 문제도 있다.
비례대표제 (PR)의 사용은 소수 정당이 국가의 입법부에서 결정적인 역할을 하고 다른 방법으로는 누릴 수 없는 영향력을 얻을 수 있도록 할 수 있지만, 이는 충분히 큰 봉쇄 조항을 통해 다소 완화될 수 있다. FPTP 지지자는 FPTP가 일반적으로 이러한 가능성을 줄인다고 주장하며, 다만 정당이 강력한 지역적 기반을 가지고 있는 경우는 예외라고 한다. 하아레츠의 한 기자는 이스라엘의 고도로 비례적인 크네세트가 "상대적으로 작은 정당에게 큰 힘을 부여하여 정부가 정치적 협박에 굴복하고 타협에 이르도록 강요한다"고 보도했다. 토니 블레어는 FPTP를 옹호하며 다른 선거제는 소수 정당에게 권력의 균형과 득표수에 비례하지 않는 영향력을 부여한다고 주장했다.
킹메이커 소수 정당의 개념은 윈스턴 처칠이 대안 투표제를 "가장 가치 없는 후보에게 주어진 가장 가치 없는 표에 결정된다"고 비판한 것과 유사하다. 이는 덜 지지받는 후보에 대한 표가 가장 지지율이 높은 후보 사이의 선거 결과를 바꿀 수 있다는 의미이다. 그러나 이 경우는 대안 투표의 의도된 기능인데, 그러한 표는 대안 투표제가 아니였다면 사표로 버려졌을 것이기 때문이다. 어떤 의미에서는 교차 정당 투표 전이가 모든 표를 계산되게 하는 반면, FPTP에서는 선거구에서 4분의 3 이상 또는 그 이상의 표가 낭비될 수 있다. 어쨌든 이 효과는 어떤 후보도 최선호 투표에서 과반수를 얻지 못할 때만 가능하다. 이는 덜 알려진 후보가 각 지지자에게 다른 후보를 특정 방식으로 순위를 매기도록 권장할 수 있으며, 따라서 과도한 영향력을 가질 수 있다는 킹메이커 전제와 관련이 있다.
선거 개혁 지지자는 일반적으로 킹메이커의 능력을 긍정적인 발전으로 보고, FPTP에 대한 일부 대안으로 인해 발생하는 정당 간 연계가 부정적인 선거 운동을 줄이고 긍정적인 선거 운동을 장려한다고 주장한다. 이는 후보자가 더 넓은 유권자층에 어필하도록 압박받기 때문이다. 대안 투표(영국 외에서는 즉석결선투표제로 더 잘 알려져 있음)가 다른 선거제보다 이러한 목표를 더 잘 달성하는지에 대한 의견은 갈린다.
극단주의 정당.
FPTP 지지자와 반대자는 FPTP가 극단주의 정당에 유리한지 불리한지, 그리고 정당을 덜 온건한 입장으로 몰아가는지 아닌지에 대해 자주 논쟁한다.
FPTP는 중도 압착 현상에 시달리는데, 온건한 후보가 더 극단적인 후보에게 밀려나는 현상이다. 그러나 당내 예비선거의 종류(또는 부재)에 따라 이러한 효과는 강화되거나 약화될 수 있다. 일반적으로 FPTP는 더 온건한 후보에게 이익을 주는 메커니즘이 없으며, 많은 FPTP 지지자는 이 제도가 더 온건한 합의 지지 후보보다 가장 크고 통합된(심지어 더 양극화된) 소수자를 선출할 때도 이를 옹호한다. 비례대표제에서 발생할 수 있는 것처럼 선거구에서 1위를 하지 못한 사람을 의회에 진출시키는 것을 데이비드 캐머런은 "아무도 진정으로 원하지 않았지만 그렇다고 크게 반대하지도 않은 2지망으로 가득 찬 의회"를 만든다고 비난했다. 그러나 캐머런은 자신의 전제가 단지 최선호 선택 투표만을 사용하고 있다는 점, 유권자의 두 번째 선호도에 대한 애정이 첫 번째 선택에 대한 애정과 거의 같을 수 있다는 점, STV 및 IRV 하에서 최종 선출된 선택이 어쨌든 첫 번째 개표에서 모두 또는 거의 모두 높은 인기를 얻었었다는 점을 간과하고 있다.
FPTP 하에서는 각 선거구의 승자만이 대표권을 얻기 때문에, 유권자는 종종 일종의 자기 검열인 전략적 투표를 한다. 이는 극단적인 좌우파 정당이 의회 의석을 얻는 것을 막아왔다. 비례대표제는 일반적으로 이러한 정당에게 정당한 대표권을 부여하므로 전략적 투표를 위한 압박이 덜하다. 따라서 전략적 투표는 극단주의자가 의석을 얻는 것을 막는다는 점에서 일부에게 환영받는다.
그러나 극단주의 정당 지지자가 항상 전략적 투표를 하는 것은 아니며, 어쨌든 FPTP 하에서 대표권을 얻는 경우도 있다. 한 가지 이유는, 한 선거구에서 다수표(아마도 총 득표수/총 의석수에 해당하는 표수보다 더 많은 표가 던져지지 않는 선거구에서 득표율 33% 정도)를 얻는 것이 비례대표제에서 의석을 얻는 것보다 훨씬 적은 표로도 가능할 수 있다는 점이다. 비례대표제에서 실질적인 봉쇄 조항은 총 득표수/총 의석수보다 훨씬 적은 경우가 거의 없다. 전략적 투표의 필요성은 STV나 IRV와 같은 선호 투표제에서 대부분 사라진다. 유권자는 다른 후보에게 순위를 매길 수 있으며, 필요한 경우 그들의 표는 사용될 곳으로 옮겨진다. 따라서 그들은 첫 번째 선택에 대해 전략적으로 타협할 필요가 없다(또는 적어도 덜 필요하다).
또한, FPTP가 만들어내는 안전한 의석과 집권당이 과반수 득표 없이도 과반수 의석을 차지할 수 있는 능력 때문에, 극단주의자는 "내부 침투"와 음모적인 공천 조작을 이용하여 명목상 거대 정당을 장악할 수 있다. 헌법학회는 2019년 4월 보고서에서 "[특정 상황에서] FPTP는... 극단적 정치를 조장할 수 있다. 만약 급진적인 파벌이 주요 정당 중 하나를 장악한다면, FPTP는 그 정당의 입지를 유지하는 데 도움이 되기 때문이다. ...이는 다수결 제도의 심리적 효과가 주요 정당 지지자에게 정책에 대한 항의로 소수 정당에 투표하는 것을 단념시키기 때문이며, 그렇게 하면 주요 정당의 주요 경쟁자에게만 도움이 될 가능성이 높기 때문이다. 극단적인 목소리를 억제하기보다는, FPTP는 오늘날 영국 노동당과 영국 보수당 당원의 (상대적으로) 극단적인 목소리에 힘을 실어주고 있다."라고 밝혔다. 예를 들어 FPTP가 지배적인 혼합 선거제인 헝가리의 선거제에서는 우파 포퓰리스트 정당인 피데스가 2022년 헝가리 총선에서 135석을 얻었으며, 2010년 헝가리 총선 이후 결선투표제를 주로 사용하던 이전 혼합 선거제 대신 FPTP를 주로 사용하는 선거제로 변경하여 헝가리 제1정당으로 남아있다. 2010년 이후 피데스는 다른 반민주적 개혁을 시행하여 유럽 의회는 더 이상 헝가리를 완전한 민주주의 국가로 간주하지 않는다. 또한 선거 개혁 운동가는 남아프리카 공화국에서 FPTP 사용이 1948년 총선 이후 아파르트헤이트 체계를 채택하는 데 기여한 요인이라고 주장했다.
레블랑과 찬은 국가의 선거 제도가 전쟁 개입 여부를 예측하는 가장 중요한 요소임을 (1) 국가가 처음으로 전쟁에 참전했을 때, (2) 진행 중인 전쟁에서 다국적 연합에 참여했을 때, (3) 전쟁에 참여한 후 얼마나 오랫동안 전쟁에 머물렀는지, 세 가지 다른 척도에 따라 발견했다. 국민이 의회에 공정하게 대표될 때, 잠재적인 전쟁에 반대할 수 있는 더 많은 집단이 전쟁을 막는 데 필요한 정치적 권한을 갖게 된다. 비례 민주주의에서는 전쟁 및 기타 주요 결정은 일반적으로 다수의 동의를 필요로 한다. 영국의 인권 운동가 피터 태첼을 비롯한 일부 인사는 영국이 이라크 전쟁에 참전한 주요 원인이 FPTP의 정치적 효과 때문이며, 비례대표제가 있었다면 영국의 전쟁 개입을 막았을 것이라고 주장했다.
사표.
사표는 낙선한 후보에게 투표된 표와 승리에 필요한 표수를 초과하는 득표된 표로 간주된다. 예를 들어, 2005년 영국 총선에서는 52%의 표가 낙선한 후보에게 투표되었고 18%는 과반을 초과한 득표였다. 총 70%가 "낭비된" 표였다. 이러한 기준으로 보면 대부분의 표는 결과 결정에 아무런 역할을 하지 못할 수 있다. 이 승자독식 체계는 "FPTP를 사용하는 국가에서 유권자 참여율이 다른 곳보다 낮은 경향이 있는" 이유 중 하나로 꼽힌다.
프라이머리 선거, 결선투표제, 즉석결선투표제, 승인투표제 및 콩도르세 방법과 같이 덜 검증된 방법은 사표와 전략적 투표의 필요성, 스포일러 효과를 줄일 수 있다.
게리맨더링.
FPTP는 많은 사표를 발생시키고 유권자가 최대한 많은 개별 소선거구로 나뉘기 때문에 FPTP 하의 선거는 게리맨더링될 수 있다. 게리맨더링이 사용될 때, 선거구는 의도적으로 한 정당이 더 많은 의석을 얻도록 불공평하게 설계된다. 이는 불리한 정당의 표를 "집중"시켜 해당 정당이 압도적인 다수표를 얻는 한 선거구를 만들고(정책, 특정 정당에 유리한 인구 통계, 기타 이유로 인해), 해당 정당이 불리하여 의석을 얻지 못하거나 소수 정당의 표가 "분산"되어 어느 선거구에서도 소수 정당이 다수표를 얻지 못하도록 지도를 다시 그리는 방식이다.
전략적 투표.
많은 다른 방법보다 훨씬 더, 선두당선제는 전략적 투표를 장려한다. 유권자는 승리할 가능성이 없는 선호하는 후보에게 투표하는 대신, 당선될 가능성이 더 높다고 예측되는 후보에게 투표하도록 유인받는데 이는 그 표가 낭비될 수 있다고 생각하기 때문이다. FPTP는 양당 경쟁에서 사용될 때 사표를 덜 발생시킨다. 그러나 캐나다 선거처럼 많은 유권자들이 세 개, 네 개 이상의 정당에 투표할 때 사표와 소수 정부가 발생할 가능성이 더 높다. 캐나다는 FPTP를 사용하며, 지난 7번의 캐나다 연방 선거 중 단 두 번( 2011년과 2015년)만이 단일 정당 다수 여당 정부를 출범시켰다. 이들 중 어떤 선거에서도 선두 정당이 과반수 득표를 얻지 못했다.
이러한 입장은 극단적인 형태로 "2위 후보를 제외한 다른 후보에게 투표하는 모든 표는 승자에게 가는 표다"라고 요약되기도 한다. 이는 다른 후보에게 던져진 표가 2위 후보가 승리했을 수도 있는 잠재적 지지표를 박탈하기 때문이다. 극도로 근소한 차이로 끝난 2000년 미국 대통령 선거 이후, 민주당 후보 앨 고어의 일부 지지자는 그가 공화당의 조지 W. 부시에게 패배한 이유 중 하나가 유권자의 일부(2.7%)가 녹색당의 랠프 네이더에게 투표했기 때문이라고 믿었다. 출구 조사에 따르면 이들 중 더 많은 수가 부시(27%)보다 고어(45%)를 선호했다고 집계되었다. 이 선거는 궁극적으로 플로리다주의 결과에 결정되었는데, 부시가 고어에게 537표(0.009%)라는 근소한 차이로 승리했고, 이는 해당 주에서 네이더에게 던져진 97,488표(1.635%)보다 훨씬 적은 수치였다.
푸에르토리코에서는 푸에르토리코 독립당 유권자가 푸에르토리코 인민민주당 후보를 지지하는 경향이 있었다. 이 현상은 일부 대중정당의 승리에 책임이 있으며, 푸에르토리코 신진보당이 섬에서 가장 많은 유권자를 가짐에도 불구하고 너무나 널리 알려져 푸에르토리코 사람들은 대중당에 투표하는 독립당 지지자를 "멜론"이라고 부르기도 한다. 그 이유는 그 과일은 겉은 초록색이지만 속은 빨간색이기 때문이다(정당 색상에 대한 언급).
유권자들이 상위 두 후보가 누구일지 예측해야 하므로 결과는 크게 왜곡될 수 있다.