원자폭탄 어떻게 만드는가?

원자폭탄 어떻게 만드는가?

길충섭/한국원자력연구소 연구원

 

 

북핵 문제와 관련 ‘핵폭탄’ 또는 ‘핵무기’란 말이 언론에 자주 오르내린다.
　이에 원자력을 활용하는 폭탄에 관한 상식적인 내용을 간추려 소개한다.
　핵무기에는 원자폭탄, 수소폭탄, 중성자탄 등이 포함되는데 북핵 문제와 관련이 있는 것은 다름 아닌 원자폭탄이다.
　
　
　원자폭탄의 위력
　우선 원자폭탄의 위력을 살펴보자. 원자폭탄이 폭발하면 먼저 엄청난 열이 순간적으로 발생한다. 온도가 태양 표면온도인 섭씨 백만 도까지 이르러 이로부터 나오는 복사열로 인해 폭발된 지점으로부터 수km 지점까지 모두 불타버리게 된다. 또한 폭발 후 초속 70m 이상의 폭풍으로 인하여 반경 수 km 내의 대부분의 건조물이 부서지게 된다.
　
　또한 엄청난 방사능이 발생하여 반경 수십 km 내의 대부분의 생명체가 곧바로 목숨을 잃게 된다. 많은 양의 방사선에 노출되면 당장은 아니더라도 수십년 간에 걸쳐 후유증에 고통을 받게 되고 자손에까지 유전적 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이 원자폭탄은 인류에게 엄청난 재앙이 될 수 있고, 이미 제2차 세계대전에서 일본에 원자폭탄을 투하하여 그 가공할 파괴력을 확인하였다.
　
　이에 원자력의 평화적 이용이 제기되었고, 평화적 이용방법 중의 하나가 원자력 발전이며, 우리나라에서도 총 발전량의 절반 정도를 원자력발전소에서 생산하고 있는 실정이다.
　
　
　원자폭탄의 2대 원료 - 우라늄과 플루토늄
　원자폭탄은 우라늄이나 플루토늄을 원료로 하여 만들 수 있다. 우라늄이라는 원소 중에서 U-235라는 물질과 풀루토늄 원소 중에서 Pu-239라는 물질이 원자폭탄의 재료로 이용된다. 그런데 천연 우라늄 속에는 U-235라는 원소가 0.7%밖에는 존재하지 않고 나머지 99%이상은 U-238이라는 원소로 구성돼 있다(여기서 U-235 또는 U-238의 숫자 235나 238은 원소의 질량을 의미한다).
　
　우라늄을 원자폭탄의 재료로 이용하기 위해서는 U-235라는 원소가 90% 이상으로 농축되어야 한다. 따라서 원자폭탄의 재료로 쓰기 위해서는 자연계에 0.7%밖에 없는 U-235라는 물질을 추출해야 한다. U-235와 U-238은 화학적 성질이 동일하기 때문에 화학적으로 분리가 불가능하므로 무게 차이를 이용하여 분리할 수밖에 없다. 이른바 원심분리기라는 것을 이용하여 U-235를 추출할 수 있는데 이 방법은 쉽게 말하자면 우리가 공을 던질 때 가벼운 것은 멀리 나가고 무거운 것은 가까이 떨어지는 원리를 이용하는 것이다. 이 방법으로 U-235를 분리하기 위해서는 큰 시설이 필요하고 비용이 많이 든다.
　
　또 하나의 원자폭탄 재료는 플루토늄 Pu-239라는 물질인데 이는 원자로에서 쓰고 남은 연료 속에 남아 있는 물질이다. 원자로에는 보통 3∼20%의 U-235 농축 우라늄으로 만든 핵연료를 이용하는데 중성자가 U-235가 아닌 U-238과 반응하여 Pu-239라는 물질이 생긴다. 이 물질은 우라늄과 화학적 성질이 다르므로 소규모 시설에서 재처리하여 추출이 가능하다.
　
　우라늄 원심분리 시설은 규모가 크고 에너지를 많이 소비하기 때문에 인공위성 등으로 감시가 가능하지만 폐 연료봉 재처리 시설은 감시가 용이하지 않다. 따라서 국제원자력기구(IAEA)에서는 북한의 폐 연료봉을 봉인하고 감시 카메라 등을 설치하여 폐 연료봉 재처리 여부를 감시해 왔었다. 그런데 얼마전 감시 카메라를 치우고 국제원자력기구에서 파견한 감시요원을 추방했기 때문에 지금은 이를 못하게 된 상황이다.
　
　
　기폭장치가 원자폭탄 제조의 핵심 요소
　그런데 원자폭탄의 재료인 핵물질(U-235나 Pu-239)를 확보했다고 해서 곧바로 원자폭탄을 제조할 수 있는 것은 아니다. 이 핵물질은 쉽게 말하면 일반 폭탄의 화약에 해당된다. 이 화약을 필요한 시간에 터트릴 수 있는 기폭장치가 핵심기술이라 할 수 있다. 원자폭탄은 중성자가 U-235(혹은 Pu-239)와 반응하여 핵을 분열시키고 또 거기서 나오는 중성자가 다음 핵을 붕괴시키는 연쇄반응이 순간적으로 일어나 열을 내면서 폭발하는 무기이다.
　
　이 연쇄반응이 계속하여 일어나기 위한 핵물질의 양을 임계질량이라고 하는데 대략 4∼5kg 정도로 알려져 있다. 기폭기술은 이 임계질량을 순간적으로 만족시켜야 하는데 이 기술의 확보가 핵물질 보유와 함께 원자폭탄을 만들 수 있는 관건이라 할 수 있다. 이 기폭 기술에 따라 임계질량이나 폭탄의 크기에 영향을 끼칠 수 있다. 이 기폭 기술은 매우 높은 정밀도를 요하기 때문에 북한이 핵 물질을 확보했다고 할지라도 이 기폭 기술의 수준에 따라 원자폭탄의 양과 위력이 결정될 것이다. 그러나 원시적으로라도 원자폭탄을 제조할 기술을 갖고 있고 또한 보유하고 있다면 그 가공할 위력 때문에 위협을 느끼지 않을 수 없다.
　
　
　원자폭탄의 역사적 선례
　인류 최초의 원자폭탄은 1942년 맨해튼 계획에 따라 미국 뉴멕시코주(州) 로스앨러모스의 원자폭탄연구소에서 개발되었다.
　1945년 7월 16일 뉴멕시코주 남부 앨러머고도 근처 사막 트리니티의 시험 폭파를 거쳐 8월 6일 일본 히로시마[廣島]에 우라늄 235 폭탄, 9일은 나가사키[長崎]에 플루토늄 239 폭탄이 투하됨으로써 세상에 공개되었다.
　
　이 폭탄의 투하로 히로시마에서는 34만 3000명의 인구 중에서 약 7만 명이 사망, 13만 명이 부상, 완전히 연소·파괴된 가옥 6만 2000호, 반소 또는 반파가옥 1만 호, 이재민 10만 명을 냈고, 나가사키에서는 사망 2만 명, 부상 5만 명, 완전연소 또는 파괴가옥 2만 호, 반소 또는 반파가옥 2만 5000호, 이재민 10만 명을 냈다. 또한 이 폭탄으로 일본의 항복이 촉진되고, 제2차 세계대전을 앞당겨 끝내는 효과도 거두었다.
　
　
　핵은 오로지 평화적으로만 이용되어야 한다
　최근 일부 젊은이들 사이에 북한이 핵무기를 개발했다면 이는 어차피 통일 후에 우리 한민족의 것이 되고 마는데 무슨 상관이냐고 말하는 경우가 있다고 한다. 하지만 이는 전쟁이 얼마나 참혹한 것이며 핵무기가 얼마나 큰 살상 파괴력을 지니는 무기인지 모르는 그야말로 철부지의 소리가 아닐 수 없다.
　
　핵무기는 그 어느 나라의 핵무기이든 간에 반드시 폐기되어야만 하는 인류의 공적이다. 지금까지 역사가 전쟁의 역사였으며 서로를 믿지 못한 까닭에 파괴력이 더 큰 무기 개발을 해야만 자신의 안위를 보장받을 수 있는 불신의 시대였다. 그리하여 인류는 핵무기라는 극한의 무기를 만드는 지경에까지 이르렀다.
　
　핵무기가 사용되는 전쟁을 가정해 보라. 그것은 전쟁에서의 승리가 아니라 문명의 파괴는 물론 나아가 전쟁 상대자 모두의 멸망을 초래할 뿐이다. 만일 북한이 핵무기 개발을 시도했다면 즉각 중지하고 적극적인 대화에 나서기를 강력히 희망한다. 그렇게 나올 때만이 남쪽에 있는 같은 핏줄의 우리 동포들도 북한 동포를 감싸안고 희망찬 통일과 한민족 번영의 시대를 열어갈 수 있을 것이다. 한편 미국과 북한이 끝내 불신의 벽을 무너뜨리지 못하고 평화적 해결을 위한 대화를 거부한다면 우리 한민족의 장래를 크게 우려하지 않을 수 없다. 지금이야말로 우리 모두의 슬기를 하나로 모아야 하는 때가 아닌가 한다.
　
　
　북한 핵무기개발 과연 어디까지 왔나?
　지난해 11월 초 북한이 10년 전 미국과 맺은 제네바 합의를 깨고 비밀리에 핵개발을 해 왔음을 시인했다는 뉴스가 나온 이후 세인의 관심은 과연 북한이 어느 정도 수준의 핵무기를 개발했는지, 정말 핵폭탄을 현재 가지고 있는지 아니면 없으면서도 다만 엄포와 협상용으로 떠들고 있는 것인지에 집중되고 있다.
　
　그런데 이 문제는 당사자를 제외한 그 누구도 정확히 알 수 없는 문제다. 다만 그동안 언론을 통해 세상에 알려진 뉴스 정보를 가지고 추측해 볼 뿐이다. 일부 언론에 소개된 공통적인 내용을 정리해보면 다음과 같다.
　북한이 영변 핵시설 건설에 착수한 것은 1960년으로 이때부터 핵무기 개발에 관심을 가진 것이 아닌가 전문가들은 보고 있다. 영변에 있는 5메가와트짜리 실험용 원자로는 1979년 자체 기술로 착공하여 1986년 말 본격적인 가동에 들어갔다고 알려져 있다. 전문가들은 북한이 이 원자로를 통해 1994년 제네바 합의 이전에 플루토늄 10∼12kg을 추출했을 가능성이 큰 것으로 보고 있다. 이 정도 양이면 나가사키에 투하됐던 원자폭탄과 비슷한 위력을 가진 것을 1∼2개 만들 수 있는데 미 CIA 등은 최대 40kg의 플루토늄을 추출했을 가능성도 제기하고 있다.
　
　한동안 북한의 핵개발 의혹은 플루토늄 추출에 집중되었지만 지난 10월 이후 북한의 우라늄 농축 장비도입 추진사실이 알려지면서 고농축 우라늄 제조시설 및 장비 보유 여부가 관심을 끌고 있다. 현재 북한지역 내 우라늄 매장양은 2600만t이며 이중 채굴이 가능한 것은 약 400만t에 달하는 것을 알려져 있어 북한이 고농축 우라늄 핵개발에 유리한 여건을 가지고 있는 것으로 평가하고 있다.
　
　지난 10월 이후 불거진 북한의 핵개발 의혹은 1994년 제네바 합의로 핵개발 포기약속을 했으나 이를 깨고 1990년대 말 파키스탄으로부터 고농축 우라늄 제조에 필요한 원심분리기를 1000대 이상 도입을 추진하는 등 핵무기개발을 시도했다는 것이 핵심 사안이다. 하지만 우라늄 농축 공장이 어디에 있는지, 확보된 고농축 우라늄 양이 얼마나 되는지는 아직 확인되지 않고 있다. (편집부)

(월간개벽 2003.2)

 

출처:개벽실제상황 http://gaebyeok.jsd.or.kr