핵무기를 개발하지 않는 이유

원자력, 묻고 답하기 중 핵무기를 개발하지 않는 이유

작성자: 한국원자력학회 소통위원회

우리는 핵무기는를 왜 만들지 않나요?

핵무기개발을 하지 않는 이유-1

핵무기를 만들기 위해서 필요한 것은 무엇인가요?

일반적으로 핵무기를 만들기 위해서는 △핵분열성 물질(우라늄, 플루토늄 등) △기폭장치 △운반체제(전폭기, 잠수함, 미사일 등)가 필요합니다.

핵분열성 물질과 기폭장치가 있으나 운반체제에 탑재하지 않은 경우는 핵무기(Nuclear Weapon)보다는 핵장치(Nuclear Device)라는 표현으로 사용되기도 합니다.

자세히 알아봅시다.

• 핵분열성 물질: 핵분열을 통해 에너지를 방출하는 원천으로서 일반적으로 고농축우라늄과 플루토늄이 사용됨

• 기폭장치: 핵분열을 매우 짧은 시간 내에 대량으로 일으킬 수 있도록하는 장치로써, 기폭장치의 성능을 확인하기 위하여 고폭실험을 수행하기도 함.

• 운반체제: 핵무기를 폭발시키고자 하는 장소까지 운반하는 수단으로써 전략핵 폭격기, 대륙간 탄도미사일, 잠수함발사 탄도 미사일 등이 있음.

핵무기개발을 하지 않는 이유-2

핵무기에 필요한 물질은 어떻게 생산할 수 있나요?

일반적으로 핵무기에 사용되는 핵분열성 물질은 고농축우라늄과 플루토늄입니다. 천연우라늄의 경우 핵분열이 잘 일어나는 우라늄-235 동위원소 조성이 0.7%에 불과하기 때문에 우라늄-235 동위원소의 조성을 90%이상까지 높이기 위한 농축 작업이 수행되어야 합니다. 농축 작업은 다양한 기법을 활용할 수 있는데, 원심분리법이나 기체확산법이 많이 사용됩니다.

플루토늄의 경우 자연상태에 존재하지 않는 원소이지만, 사용후핵연료에는 약 1%의 플루토늄이 존재하게 됩니다. 사용후핵연료에 있는 플루토늄은 다양한 조성의 동위원소로 구성되어 있지만, 플루토늄-238이나 플루토늄-240이 많이 포함될 경우 핵무기 사용에 적합하지 않기 때문에 사용후핵연료에 포함되어 있는 플루토늄 중에서도 특히 플루토늄-239를 화학적으로 재처리하여 이를 분리합니다.

핵무기개발을 하지 않는 이유-3

핵무기를 만드는 것과 원자력 발전소를 운영하는데 필요한 기술은 많이 다른가요?

두 기술은 완전히 다른 기술이라고 보시면 됩니다. 핵무기에는 고농축 우라늄이 사용되고 원자력 발전소의 연료로는 저농축우라늄이 사용되며 농축 우라늄 생산 기술은 비슷하지만 핵물질 생산 이외에 필요한 기술은 완전히 다릅니다.

핵무기 제조를 위해서는 고폭기술, 운반체 기술 등이 필수적으로 요구되지만 원자력 발전소의 경우 안전성을 최우선으로 고온/고압의 환경에서 핵분열을 통해 생성된 에너지를 전기로 변환하기 위한 다양한 설비와 장치들을 구현해내야 하기 때문에 훨씬 복잡하고 고난이도의 기술이 필요합니다.

핵무기개발을 하지 않는 이유-4

우라늄탄은 무엇이 다른가요?

핵무기에 사용되는 핵분열성 물질의 차이입니다. 또한 고농축우라늄과 플루토늄 자체의 물질 특성에 따라서 무기의 형태와 모양이 서로 달라질 수 있습니다.

농축우라늄 생산을 위해서는 고도의 농축기술이 필요하기 때문에 핵물질 확보가 어려우나 합체형으로 무기 제작이 가능하고, 플루토늄은 합체형으로 무기를 만들 경우 부분폭발(fizzle)현상이 심하여 원하는 폭발력을 내기가 어렵기 때문에 내폭형으로 제작해야 한다는 특징이 있습니다.

즉, 플루토늄탄의 경우 재처리를 통한 플루토늄 확보는 우라늄 농축에 비해 상대적으로 수월한 편이지만 플루토늄의 불안정한 동위원소 특성상 정교한 기폭기술 등이 필요하여 제작이 상대적으로 어렵고 핵실험이 필수적으로 요구된다는 차이점이 있습니다.

자세히 알아봅시다.

• 핵물질을 순간적으로 합쳐져서 핵분열에 이르게 하는 방법은 합체와 압축(내폭)이 있음.

- 합체 : 핵분열성 물질을 2개 또는 3개로 나누어 두었다가 폭발을 일으킬 때 급속히 한 개의 덩어리로 합쳐서 핵분열이 가능한 상태로 만드는 방법으로 이 방식을 사용한 폭발장치는 합체형(Gun Type)이라 불리우며 고농축우라늄을 사용하는 우라늄탄은 합체형으로 많이 제작함. (그림 1)

- 압축(내폭) : 핵물질의 밀도가 증가하면 핵분열에 이르는 핵물질의 양이 줄어든다는 원리를 이용하는 것임. 핵물질 주위에 고성능 폭약을 설치하고, 이를 폭발시켜 그 압력으로 핵물질을 압축하여 핵분열이 가능한 상태로 만드는 방법으로 이 방식을 사용한 폭발장치는 내폭형(Implosion Type)이라 불리우며 플루토늄탄은 내폭형으로 많이 제작함. (그림 2)

그림1-합체형 원자탄 개념도

그림2-내폭형 원자탄 개념도

핵무기개발을 하지 않는 이유-5

핵융합탄은 일반적인 핵무기와 무엇이 다른가요? 다른 종류의 핵무기도 있나요?

흔히 핵무기라고 불리우는 원자폭탄은 핵분열성 물질(우라늄 또는 플루토늄)의 원자핵이 분열하면서 발생하는 에너지를 이용한 폭탄이고, 핵융합탄은 수소폭탄으로도 불리는데 이는 중수소와 삼중수소가 핵융합을 일으키면서 발생하는 에너지를 이용한 폭탄입니다. 그러나 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 매우 높은 온도가 필요하기 때문에 그에 필요한 에너지원으로 원자폭탄을 이용하게 됩니다.

이밖에도 전술 핵무기로 개발된 중성자탄은 원자폭탄이나 수소폭탄에 비해 폭발력은 작으나 무기 내에서 발생되는 중성자를 무기 외부로 방출하도록 설계하여 대량의 중성자와 감마선을 통해 미사일의 전자장치등을 무력화시키기도 하며, 원자폭탄이나 수소폭탄처럼 폭풍이나 열복사선을 이용하는 것이 아니기에 건물 등은 파괴하지 않지만 대량의 중성자로 인해 치명적인 살상효과가 나타나게 됩니다.

자세히 알아봅시다.

• 실제 핵무기 중에서는 원자폭탄과 수소폭탄의 중간정도라 여겨지는 증폭 핵분열탄도 찾아볼 수 있음. 증폭 핵분열탄은 원자폭탄에 중수소-삼중수소 혼합물을 첨가하여 폭발력을 증강시킨 것으로 핵분열 반응으로 만들어진 고온/고압 환경이 중수소-삼중수소간 핵융합 반응을 일으키게 되어 동일한 핵분열성 물질을 사용한 원자폭탄의 2~5배의 폭발력을 갖게 됨.

핵무기개발을 하지 않는 이유-6

핵실험을 했다는 것은 어떻게 확인할 수 있나요?

핵실험의 관측 방법은 핵실험의 종류에 따라 주 관측 방법이 달라집니다. 우선 핵실험은 공중, 대기권외, 지하, 수중 등에서 시행할 수 있습니다.

수십 Km의 공중에서 실시되는 공중 실험은 방사능의 대부분이 성층권으로 날아간 후 지구의 대기상층을 돌면서 서서히 지표로 내려오기 때문에 공중포집장치를 활용한 방사성 물질 분석을 통해 확인할 수 있습니다.

대기권외실험은 방사성 물질 강하(降下)나 대기오염은 거의 일어나지 않지만, 폭발 시에 방출되는 미립자와 방사선 때문에 이온층에 이변이 일어나 통신에 장해가 발생하기 때문에 이의 확인이 가능합니다.

수중 핵실험의 경우 수중 충격파가 원거리까지 전파되며 국지적인 해일이 발생되기도 하며, 인근 해역이 방사성 물질로 심하게 오염됩니다.

그리고 가장 많은 유형인 지하 핵실험의 경우 인공 지진파를 통해 확인이 가능합니다. 진파에는 지진파가 전파되는 방향과 같은 방향으로 진동하는 종파(P파)와 다른 방향으로 진동하는 횡파 (S파)가 있는데, 지하 핵실험의 경우 강한 P파 및 약한 S파가 나타나며, 일반지진은 약한 P파 및 강한 S파의 특성이 나타납니다. 지하 핵실험의 경우 방사성 물질이 다량으로 새어나오는 경우가 많지 않기 때문에 핵실험에 사용된 물질 등을 정확히 파악하기가 어렵습니다.

자세히 알아봅시다.

• 핵실험에 사용된 핵분열성 물질(우라늄 또는 플루토늄)을 확인하기 위해서는 핵폭발후 대기로 방출된 비활성 가스들(¹³⁵Xe/⁸⁵Kr)을 분석하여 확인할 수 있음.

- 특히 ⁸⁵Kr는 사용된 핵분열성 물질에 따라 발생되는 양이 크게 차이가 남에 따라 핵실험에 사용된 폭탄 구분에 활용하기 적절한 핵종임.

- 단, 핵실험 후 2-3일 이내에는 ⁸⁵Kr보다 양이 많은(포집과 측정이 용이한) ^85mKr을 사용하는 것이 적절함.

- Xe의 측정 가능한 핵종들간 반감기의 차이에 따른 생성량과 감소율등을 고려하여 단기(2-3일 이내), 중기(3-6일), 장기(1주일 정도)로 구분하여 활용 가능

- 단기(^135mXe) : 반감기 15.29분, 초기 생성량이 많아 검출이 용이하나 2-3일후에는 그 량이 급격히 줄어들며, ^85mKr과 유사한 감소현상을 보임

- 중기(¹³⁵Xe) : 반감기 9.14 시간, 핵폭발후 3-4일 정도에 생성량이 많은 반면 그 이후 량이 급격히 줄어 듬

• 장기(¹³³Xe) : 반감기 5.243일, 가장 장기간 동안 생성됨.

• 지하 핵실험의 경우 폭발에 의한 충격이 구 대칭으로 퍼져나가기 때문에 P파가 효율적으로 전달되는 반면, 지하 단층면을 따라 미끄러지거나 붕괴되는 지진의 경우는 S파의 횡적 운동을 가속화함.

그림 3 - 지진파 비교(출처 : U.S National Data Center)

핵무기개발을 하지 않는 이유-7

전 세계에서 핵실험은 몇 차례나 수행되었나요?

전세계에서 핵실험이 얼마나 수행되었는지 정확히 확인하기는 어렵습니다. 과거에는 매우 경쟁적으로 핵실험을 해왔으며, 핵실험 탐지 기술이 현재처럼 개발되기 전에는 다른 나라의 핵실험을 정확히 파악하기 어려웠기 때문입니다.

하지만 현재까지 알려진 바로는 총 2055회 정도 핵실험이 이루어진 것으로 추정(주1)되며, 미국이 1032회, 러시아가 715회 정도 핵실험을 수행하여 인류 역사상 이러진 핵실험의 90% 이상을 차지하고 있다고 알려지고 있습니다.

이 밖에도 프랑스가 198회, 영국이 45회, 중국 45회, 북한 5회, 인도 3회 및 파키스탄 2회 등으로 알려져 있으며, 이스라엘도 몇 차례 핵실험을 수행했을 것으로 추정하고 있지만 정확한 횟수는 확인하지 못하고 있는 상황입니다. 21세기 들어서는 북한이 유일하게 핵실험을 수행한 국가입니다.

주1: Johnston’s Archive, State Department, Bulletin of the Atomic Scientists. Published Nov. 27, 2015.

자세히 알아봅시다.

• 핵실험 중에서 역사상 가장 강력한 위력을 지닌 핵실험은 러시아가 1961년 북극해 노바야제믈랴제도에서 실시한 ‘Tsar Bomba’ 수소폭탄 실험으로 러시아는 이 수소폭탄의 위력이 히로시마에 떨어진 원자폭탄의 3,800배 이상에 이르는 50MT의 위력이었다고 밝힘2). 폭발 당시 발생한 버섯구름이 60km 높이에 이르렀으며, 100km 밖에 있는 사람에게도 3도 화상을 입힐 정도였고, 1000km 떨어진 핀란드에서도 유리창이 깨질 정도의 위력이었다고 알려짐.

핵무기개발을 하지 않는 이유-8

북한은 핵무기를 보유했으니 우리나라보다 기술이 앞선 것인가요?

핵무기는 핵분열성 물질과 중성자간의 반응을 극대화시켜 핵분열 반응으로 한 번에 많은 에너지가 나오도록 만든 것이고, 원자력 발전소는 이러한 핵분열 반응을 제어하여 필요한 만큼의 에너지를 이용하는 것입니다.

즉, 핵분열로 발생하는 에너지를 사용한다는 원리는 같지만 그 에너지를 활용하는 방식과 제어하는 방식이 다르기 때문에 어느 기술이 앞선다고 평가하기는 어렵습니다.

다만 북한은 이러한 기술을 군사용으로 활용하는 길을 택한 것이고 우리는 평화적인 목적에 한정하여 활용하는 길을 택한 것입니다.

자세히 알아봅시다.

• 북한의 경우 2006년부터 2016년까지 5차례 핵실험을 수행한 바 있으며, 핵무기에 필요한 핵물질인 고농축우라늄 및 플루토늄 확보를 위한 농축 시설과 재처리 시설을 보유하고 있지만, 2010년 착공하여 2012년 완공하겠다는 계획의 100MWth 실험용 경수로를 2016년 7월 현재까지도 완공하지 못하고 있는 상황임.

핵무기개발을 하지 않는 이유-9

우리나라가 핵무기를 개발하지 않는 이유가 무엇인가요?

한국은 핵비확산 조약(NPT, Treaty on the Non-proliferation of Nuclear Weapons)을 비롯하여 다양한 국제 핵비확산 체제, 양자간 협정 및 자발적 선언(주2) 등을 통해 원자력 에너지를 평화적 목적으로만 활용할 것임을 천명하였고, 이를 굳건한 국가 정책으로 추진하고 있습니다.

만약 한국이 이러한 국제 체제를 위반하고 핵무기 개발 의지를 표명하게 된다면 국제사회의 제재를 받게 될 것임을 물론 국제사회에서 고립이 될 것입니다.

또한 우리나라의 핵 개발은 일본, 대만 등 주변국들의 핵무장을 부추기는 도미노 현상을 일으킬 수 있으며, 결국에는 동북아 지역의 긴장이 더욱 고조되는 부작용도 우려됩니다.

자세히 알아봅시다.

• 한국은 폐쇄경제체제인 북한에 비해 국제 사회와의 경제 교류를 통해 국가 경제가 유지(주3)되는 만큼 핵무기 개발을 추진할 경우 제재로 인해 국민이 매우 심각한 경제난을 겪게 될 것임. 국가 안보를 위해 핵보유가 필요하다고 주장해온 국가들 역시 국제사회의 제재에 굴복하여 핵보유를 포기함. 특히, 이란은 2015년 13년간 추진해 온 핵개발을 포기했으며, 리비아, 우크라이나 등 역시 같은 이유로 핵보유를 포기함.

• 또한 국제사회의 제재에도 불구하고 핵폭발 장치를 개발한다 할지라도, 이에 걸맞는 군사력이 뒷받침되어야 함. 특히, 핵무기를 전략적으로 사용하기 위해서는 Nuclear triad(핵전략 폭격기, ICBM, SLBM)가 필수이지만 한국은 이들에 관한 자체 개발 능력이 없으며, 한국이 국제 핵비확산 체제 위반으로 미국을 비롯한 국가들의 제재를 받을 경우 이에 접근하기는 더욱 어려워질 것임.

주2: 1992년 남북간 “한반도 비핵화 선언” 및 2004년 “평화적 핵이용에 관한 4대 원칙”

주3: 한국의 대외무역의존도는 99.5%임(2015년 한국은행)

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파일:원자력 묻고답하기 2016-소통위원회 v1.1 201610.pdf