北위협으로 본 우라늄, 플루토늄 핵무기의 이해

우라늄은 농축 과정 거쳐야…플루토늄은 핵 연료 재처리로 제조

 연합뉴스 | 입력 2013.02.06 01:52 | 수정 2013.02.06 10:06

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우라늄은 농축 과정 거쳐야…플루토늄은 핵 연료 재처리로 제조

(워싱턴=연합뉴스) 이우탁 특파원 = 미국의 저명한 핵물리학자인 지그프리드 헤커 박사는 5일 연합뉴스와 미국 스탠퍼드대 아태연구소(APARC)가 공동 주최한 동북아 국제심포지엄에서 북한이 조만간 3차 핵실험을 할 경우 고농축 우라늄(HEU)과 플루토늄을 모두 사용해 동시에 실시할 가능성을 제기했다.

그렇다면 우라늄과 플루토늄 핵무기는 어떻게 만들까.

흔히 우라늄이나 플루토늄이라 부르는 물질은 엄밀히 말해 그대로는 핵무기의 원료로 쓸 수 없다.

핵 분열성 물질인 우라늄 235와 플루토늄 239가 필요한 것이다.

먼저 우라늄 235는 자연 상태에서 확보할 수 있는 우라늄에서 얻을 수 있다.

우라늄을 캐내면 그 안에 우라늄 238, 우라늄 235, 우라늄 234 등 여러 동위원소가 섞여 있다. 238이 99.3%에 달하고 235는 0.7%에 불과하다.

핵폭탄을 만드는데 필요한 우라늄 235를 모으는 방법은 사실 간단하다.

광산에서 캐낸 우라늄을 이물질과 분리해 정련 공장에 보내면 거기에 우라늄 광석을 분쇄해 화학적 처리를 하면서 불순물을 제거한다. 이 상태가 노란색 떡같이 보여 이를 옐로 케이크(Yellow Cake)라고 부른다.

옐로 케이크에 불소를 혼합해 분말형태로 만들어서 우라늄 순도 99.5%짜리를 만든다. 이게 바로 6불화우라늄(UF6)이다. 우라늄(U)에 불소(F) 원자 6개가 붙어 있는 화합물이다.

기체상태의 UF6를 원심분리기에 넣어 돌리면 핵분열을 일으키는 우라늄 235와 핵분열을 하지 않는 우라늄 238이 분리된다. 마치 세탁기를 돌리면 무거운 것이 밖으로 나가는 원리와 같다.

계속 분리기를 돌려 235의 순도를 높이는 과정이 농축이다.

천연 우라늄에서 0.7%에 불과했던 우라늄 235는 이런 과정을 거쳐 농축도를 높이는데 아주 낮은 단계, 즉 3∼5% 정도의 농축이면 원자력발전소용 농축우라늄(저농축)으로 쓰인다.

농축도를 90% 이상으로 높이면 바로 고농축 우라늄이 되며, 핵폭탄의 원료가 되는 것이다.

우라늄 농축을 하는 데는 높은 수준의 공장시설과 상당한 전력, 까다로운 제조기술이 필요하다.

또 농축 방법에도 기체확산법과 기체 원심분리법, 레이저법, 노즐분리법 등이 있다.

북한이 사용하는 것으로 보이는 원심분리법은 다른 방법보다 최근의 기술로 평가받는다.

핵무기 1개를 만드는 데 필요한 고농축 우라늄의 양(임계질량)은 대략 20kg 정도로 알려졌다.

일본 히로시마에 투하한 인류 최초의 고농축 우라늄 핵폭탄은 고농축 우라늄 25㎏ 정도를 사용했다.

최근에는 핵폭탄의 소형화가 추진돼 10㎏ 이하로도 핵실험에 성공할 수 있다고 한다.

소형화된 핵무기는 대륙간탄도미사일(ICBM) 등에 탑재하면 더 멀리 날아갈 수 있고 그래서 더 위협적이다.

플루토늄 핵무기의 원료가 되는 플루토늄 239는 원자로에서 사용하고 남은 연료봉을 추출해야만 나온다.

다 사용하고 남은 연료봉은 여러 변질물이 섞여 있다. 여기서 플루토늄 239를 분리해야 한다. 이 역시 폭탄용으로 쓰려면 90% 이상의 농축 작업이 필요하다.

북한의 영변 핵시설에 있는 재처리 시설이 바로 이를 위한 것이다. 북한이 보유한 흑연감속로는 순도 93% 이상의 플루토늄 239를 양산하는 장치이다.

북한은 영변 우라늄 시설에서 2010년 말 이후 연간 최대 40㎏의 고농축 우라늄을 생산할 수 있는 2천기의 원심분리기를 가동하는 것으로 전문가들은 보고 있다.

또 일부 전문가들은 북한이 2010년 헤커 박사에게 보여준 영변 우라늄 농축시설 말고도 1~2개의 시설이 더 있을 것이란 추정하고 있다.

헤커 박사는 북한이 4~8개의 핵무기를 만들 수 있는 24~42㎏의 플루토늄을 보유하고 있을 것으로 추정했다.

다른 전문가들은 최대 50kg의 플루토늄을 북한이 보유하고 있을 것으로 추산하기도 한다.

북한과 핵협상이 잘 풀리고 전문가들이 북한 핵시설 등에 대한 특별사찰을 하게 되면 이는 쉽게 파악할 수 있다.

lwt@yna.co.kr

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