핵폭탄과 핵무기의 비밀

핵폭탄과 핵무기의 비밀

                   

 

 

 

 

원자속 핵 분열 에너지 '발전ㆍ폭발' 이용

독으로도 약으로도 쓰이는 핵의 비밀

제대로 이용하면 인류 문명을 이어갈 청정에너지를 공급하는 원자력. 하지만 잘못된 방향으로 악용될 경우 자칫 인류 문명을 송두리째 앗아갈 수도 있다.

원자핵을 구성하는 핵자는 양성자와 중성자로 이뤄져 있다. 이 원자핵 속에는 양성자와 중성자를 묶고 있는 핵력이라는 힘이 존재한다. 핵의 질량은 핵력과 핵자(양성자+중성자)를 포함한 질량을 말한다. 핵력은 핵이 분열하면서 엄청난 에너지로 변화돼 무시무시한 힘을 발휘하게 된다.

핵발전, 핵폭발 등은 핵분열을 통해 얻어지는 에너지를 이용한 것이 보통이다.

핵 분열시 우라늄235(U235)에 중성자를 충돌시키면 2개의 조각으로 분리되며, 이때 200Mev의 에너지가 발생된다. 예를 들어 1g의 우라늄을 핵분열시키면 약 1000kW의 에너지가 나오며, 이는 100W 전구를 1만개 켤 수 있는 양이다. 이런 핵분열의 반응 속도를 완화해 에너지를 적당량으로 조절하면 인류문명을 이끌어 갈 핵발전에 사용할 수 있고, 반응 속도를 순간적ㆍ극단적으로 활용하면 인류문명을 파괴시킬 수 있는 핵폭탄으로 변하는 것이다.

핵분열 물질로 농축우라늄(Enrichmenturanium)―U235을 사용해 만드는 직접적인 방법도 있다. 우라늄 농축공정은 기술적으로 매우 어렵고 경제적으로도 많은 비용이 소요된다.

따라서 우라늄 광산을 소유하고 있는 국가라 할지라도 농축 설비를 갖추지 못하면 산출되는 우라늄을 핵연료로 전환시킬 수 없게 된다. 미국, 러시아, 프랑스, 영국 등 핵무기 보유국들은 실용적 규모의 농축공장을 운영하고 있다. 농축설비 건설에는 막대한 투자비가 소요될 뿐 아니라 핵확산 금지를 위해 농축기술 자체가 엄격히 통제되고 있어 핵무기 비보유국의 농축시설 보유는 사실상 어려운 것이 현실이다.

원자력 발전을 통해 전기를 얻고 핵연료를 재처리하면서 플루토늄(Pu)을 이용해 핵무기를 만드는 직접적인 방법도 있다. 이는 비용이 저렴해 핵재처리시설 자체를 갖추는 것이 힘들지는 않다. 다만, 국제원자력기구(IAEA)의 압력으로 인해 핵재처리 시설을 갖추기는 현실적으로 어렵다. 핵재처리는 원자력발전소의 연소된 핵연료를 이용해 핵무기를 만들 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 일반적으로 핵무기에 사용할 수 있을 정도의 플루토늄은 플루토늄239(Pu239)의 함유율이 90% 이상되는 고순도여야 한다.

원자력 발전에 쓰인 핵폐기물을 재처리 할 경우, 원자로를 정상적으로 가동한다면 보통 3~4년 주기로 연소된 핵연료를 새 것과 교체해야 한다. 이렇게 3~4년 연소된 핵연료에서 핵재처리를 통해 얻어낸 플루토늄은 순도가 70% 수준에 그친다. 보통 90% 순도를 가진 플루토늄으로 핵무기를 만드는 것을 감안하면 70%의 순도의 플루토늄으로 핵무기를 만들 경우에는 안전성과 복잡한 취약점을 드러내기 쉽다.

원자력발전소의 연료로 사용되는 우라늄은 석유, 석탄 등의 화석연료와는 달리 아주 적은양으로도 다량의 전기를 생산할 수 있다. 이러한 우라늄은 채광, 정련, 변화, 농축 및 성형 가공 등 일련의 가공 과정을 거쳐 원자력 발전소에 사용할 수 있는 형태인 연료집합체로 제작된다. 이렇게 제작된 연료는 원자로에 장전돼 원자로의 연료로 사용되며, 경수로의 경우 3~5년, 중수로의 경우 1년 동안 연소된다. 연소 후 연료는 장기간 냉각 후 영구처분(Once―through cycle)하거나 미 연소된 우라늄 및 생성된 플루토늄을 회수하기 위해 재처리과정(Reprocessing and recycling)을 거친 후 영구처분되는 과정을 거치게 된다.

원자로에서 발전을 한 후에 생기는 핵연료를 폐기물이라 하지 않는 이유는 이 안에서 반응하고 남은 우라늄, 각종 동위원소 플루토늄 등 유용한 물질들이 포함돼 있기 때문이다. 영국, 프랑스, 벨기에, 스위스, 일본 등은 재처리를 통해 우라늄ㆍ플루토늄 등의 물질을 추출해 연료로 제작, 원자로에 사용하고 있다.

한국의 경우, 미래의 자원이 될 수 있는 `사용 후 연료'를 바로 영구처분 할 것인가 아니면 재처리할 것인가에 대한 국가정책이 지난 1991년 비핵화선언 이후 결정이 미뤄져 이를 중간 저장하기로 돼 있는 상태다. 현재 재처리 시설 운영은 플루토늄 추출에 의한 핵개발 가능성을 우려한 핵강대국들의 거센 압력으로 사실상 불가능한 상황이다.