북한이 12일 3차 핵실험을 강행함에 따라 핵실험에 사용된 핵물질의 종류에도 관심이 쏠리고 있다. 북한이 보유한 핵무기의 종류를 통해 핵무장 단계를 가늠해볼 수 있기 때문이다.
핵실험에 사용됐을 것으로 예상 가능한 핵무기 종류에는 플루토늄(PU)탄, 고농축우라늄(HEU)탄, 증폭핵분열탄(boosted fission weapon) 등이 있다. 이번 핵실험의 위력으로 볼 때 플루토늄탄이나 고농축우라늄탄이 사용됐을 가능성이 높다.
북한은 2006년과 2009년 1·2차 핵실험을 실시했다. 1차 실험 때의 폭발력은 1kt, 2차 때는 2~6kt이었고 이번에는 6~7kt에 달했다. 이는 2차대전 때 히로시마에 투여된 핵폭탄(13Kt)의 절반 가량의 위력이다.
북한 조선중앙통신은 12일 핵실험 직후 "이전과 달리 폭발력이 크면서도 소형화, 경량화된 원자탄을 사용하여 높은 수준에서 안전하고 완벽하게 진행됐다"며 핵무기를 운반체계에 탑재하는 데 한 발 더 나아갔음을 암시했다.
또 "다종화된 우리 핵억제력의 우수한 성능이 물리적으로 과시되었다"며 고농축우라늄탄 등을 이번 핵실험에 사용했을 가능성에 대해서도 언급했다.
▲플루토늄탄
북한은 1·2차 핵실험에서 플루토늄탄을 사용했다. 북한이 이번에도 플루토늄탄을 사용했다면 핵무기의 전력화가 한층 진전됐을 가능성이 있다.
플루토늄은 자연 상태에 없는 물질이기 때문에 풀루토늄탄을 만들기 위해서는 천연우라늄을 원료로 원자로를 가동하고 재처리하는 과정이 필수적이다. 따라서 제조 과정을 감시하는 것이 용이하다.
플루토늄탄은 일반적으로 중앙에 핵물질을 배치하고 주위에 고폭장약을 설치해 핵폭발을 유도하는 내폭형 방식의 기폭장치를 사용한다. 폭발효율이 우수하지만 구조가 복잡해 핵실험이 반드시 필요하다.
▲고농축우라늄(HEU)탄
고농축우라늄(HEU)탄은 천연우라늄에 포함된 'U-235'의 비율을 인위적으로 90% 이상 높인 고농축우라늄을 사용한 무기다.
북한이 이번 핵실험에서 고농축우라늄탄을 사용했다면 북핵 사태가 더 심각한 수준으로 접어들었다고 볼 수 있다. 고농축우라늄은 농축시설 규모가 작아 은닉하기 쉽고 제조 과정을 추적하기 어렵기 때문이다.
또 플루토늄탄에 비해 설계가 간단해 소형화·경량화에 더 유리하고 핵물질 생산량에 한계가 없다는 문제도 있다.
북한은 지난 2010년 11월 미국의 핵 전문가 지크프리트 해커 박사를 초청한 자리에서 북한 영변 핵단지 내에서 원심분리기 시설을 공개했다. 이후 북한의 고농축우라늄탄 제조 가능성도 본격적으로 제기되기 시작했다.
핵무기 1개를 제조하기 위해서는 15~25kg 가량의 고농축우라늄이 필요하다. 북한이 공개한 2000여개의 원심분리기를 이용하면 연간 40kg의 고농축우라늄을 생산할 수 있을 것으로 추정된다. 이미 북한이 80kg정도의 고농축우라늄을 보유하고 있다는 분석도 있다.
▲증폭핵분열탄
증폭핵분열탄은 핵분열물질 중심에 이중·삼중 수소를 채우는 방식으로 제조한다. 순수한 핵분열무기보다 2배 이상 폭발 효율을 높일 수 있어 사용하면 소형화에 유리하지만 일반 원자폭탄보다 높은 기술력을 요구한다.
군 내에서 북한이 증폭핵분열탄을 핵실험에 이용했을 수 있다는 추측이 나오기도 했지만 핵실험의 위력으로 볼 때 증폭핵분열탄은 사용되지 않았을 가능성이 높다.
증폭핵분열탄 제조는 수소폭탄으로 가기 위한 전 단계로 평가된다. 이보다 높은 기술력을 요구하는 수소폭탄 같은 핵융합무기나 다단계방사능 내폭핵무기, 중성자탄, 코발트탄 등도 있지만 북한이 보유하고 있을 가능성이 거론된 적은 없다.
▲어떻게 탐지하나?
북한이 사용한 핵무기의 종류를 정확하게 구분하기 위해서는 공기 중에서 핵물질(핵종)을 탐지하는 과정이 필요하다.
국방부는 북한의 핵 실험 직후부터 원자력연구원과 공조해 지상, 해상, 공중에서 날아오는 방사능 핵종을 포집하는 활동을 진행 중이다.
방사능 핵종인 제논은 반감기가 짧기 때문에 핵실험 후 10일 이내에 탐지해야 한다. 일반적으로 북한이 핵실험을 하면 이틀 정도 뒤에 동해상으로 핵물질이 날아오기 때문에 앞으로 1~2일내 핵종을 포집하는 것이 중요하다.
▲경량화·소형화 여부도 중요
핵실험을 일으킨 물질보다 핵무기의 경량화, 소형화 여부가 더 중요하다는 의견도 있다. 핵무기를 제조하더라도 소형화, 경량화 하지 못하면 전력화가 힘들기 때문이다.
핵무기를 운반체계에 탑재할 수 있으려면 탄두 중량이 100kg, 직경이 90cm 이하가 돼야 한다.
북한이 고농축우라늄탄 등으로 핵무기를 다양화할 경우 소형화, 경량화가 오히려 늦어질 수 있다는 분석도 있다.
김민석 국방부 대변인은 13일 브리핑에서 "아직은 완전히 소형화, 경량화를 했겠느냐는 의구심을 갖고 있다"며 "무기를 다양화할수록 경우 많은 실험이 필요하기 때문에 소형화, 경량화에 시간이 걸릴 것"이라고 예상했다.
김 대변인은 "플루토늄과 우라늄으로 나눠서 했다면 각각 1~2차례 정도 밖에 되지 않는 것"이라며 "파키스탄의 경우 7번 정도 해서 무기화한 것으로 알고 있다. 그런 것에 비하면 핵실험 횟수가 적다고 판단한다."고 설명했다.
【서울=뉴시스】
