한국이 핵무기(증폭핵분열탄, 수소폭탄 중심으로)를 개발할 수 있는지 기술적인 측면을 집중적으로 알아보았다. 원자핵공학 분야의 권위자인 徐鈞烈(서균렬) 서울대 원자핵공학과 교수는, 우리나라가 가지고 있는 기술적 능력을 보았을 때 最長(최장) 18개월 정도면 증폭핵분열탄, 더 나아가 수소폭탄까지 만들 수 있다고 했다.

 서균렬 교수의 설명을 요약하면, 우리나라가 보유하고 있는 중수로 원자로를 통해 사용후 핵연료와 핵융합(수소폭탄)에 필요한 핵심 물질인 삼중수소를 확보할 수 있고, 韓美원자력협정 재개정에 따라 완화된 재처리 능력 등을 고려할 때, 핵무기 개발 기술 확보는 어려운 게 아니라는 입장을 보였다. 당장 핵무기 개발에 착수하기보다는 완벽한 핵무기 개발 능력을 갖춰 한국의 국제적 협상력을 높여 놓으면, 국제 사회의 제재는 사실상 무의미하다는 주장도 했다.

 徐 교수의 의견을 듣기 전, 일반적인 핵무기들의 개요와 원리에 대해 간단히 짚어보도록 하자.

 ▲개요
우라늄과 플루토늄의 핵분열 반응을 이용해 만든 폭탄
 ▲원리
원자탄에는 우라늄탄과 플루토늄탄 두 가지가 있다. 우라늄(U-235)과 플루토늄(Pu-239) 원자핵을 중성자(n)가 때려주면 두 개의 핵으로 쪼개진다. 이때 엄청난 폭발력이 나오는데 이것을 이용한 군사적 무기가 원자폭탄이다. 1945년 8월6일 미국이 일본 히로시마에 떨어뜨린 게 우라늄 원자탄이었고, 3일 후 나가사키에 떨어뜨린 게 플루토늄 원자탄이었다.

2. 증폭핵분열탄

 ▲개요
 원자폭탄에서 수소폭탄으로 갈 때 거치는 중간 단계 格이 증폭핵분열탄(boosted fission bomb)이다. 핵분열과 핵융합 방식을 모두 사용한다.
 ▲원리
 구조와 원리를 이해하려면, 먼저 핵분열과 핵융합에 대해 알아야 한다. 통상 핵분열 물질에는 플루토늄과 우라늄이 있다(증폭핵분열탄에는 이 두 개 중 한 개가 기폭장치로 쓰인다). 핵융합 물질에는 중수소, 三重(삼중)수소가 있다.
 증폭핵분열탄은 중앙부에 핵융합 물질인 중수소와 삼중수소를 소량(수십 그램) 넣고, 그 외곽을 핵분열 물질인 플루토늄(또는 우라늄) 등으로 감싸는 형태로 이뤄져 있다. ‘기폭장치’ 역할을 하는 핵분열 물질이 먼저 폭발하면 1억 도에 가까운 高溫(고온·이 열로 인해 구조가 폭발하지 않도록 온도를 일정 기간 유지시켜 주는 게 관건)과 高壓(고압)이 생성되고, 이 고온·고압으로 인해 重수소와 三重수소 원자핵이 융합한다. 이 핵융합 과정에서 나오는 무수한 고속 중성자가 엄청난 에너지로, 바깥을 싸고 있던 우라늄(U-238)을 순식간(100만분의 1초)에 깨뜨려 어머어마하게 폭발력을 증폭시킨다.

3. 수소폭탄

▲개요
 수소폭탄이 증폭핵분열탄과 다른 점은 원자폭탄을 기폭장치로 사용한다는 점이다. 그 위력이 원자폭탄, 증폭핵분열탄 보다 훨씬 강하다. 히로시마와 나가사키에 떨어졌던 원자폭탄은 10~20KT(킬로톤·1킬로톤은 TNT폭약 1000톤 위력) 규모였다. 수소폭탄은 원자폭탄보다 수십~수백 배 강한 1MT(메가톤·1메가톤은 TNT폭약 100만톤 위력) 이상의 폭발력을 갖는다.
 ▲원리
 수소폭탄은 원자폭탄을 기폭장치로 사용하고, 증폭핵분열탄과 마찬가지로 중수소와 삼중수소가 들어간다. 이것의 원자핵이 합쳐지는 핵융합 반응을 일으키려면 증폭핵분열탄과 마찬가지로 1억 도에 이르는 고온이 필요하다. 단, 중수소와 삼중수소의 양이 증폭핵분열탄에 사용되는 경우보다 더 많다(수십 킬로그램).
 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응이 시작되면 고속 중성자가 나오고, 이 중성자는 폭탄에 들어 있는 우라늄의 핵분열을 촉진시킨다. 이 핵분열로 발생한 열은 또다시 핵융합을 일으킨다. 즉 ‘핵융합 → 핵분열 → 핵융합’이 반복되면서 폭탄의 위력이 계속 커진다. 폭발력이 훨씬 더 커지는 것이다. 수소폭탄은 핵융합 반응이 지속적으로 이뤄지므로 효율이 높고, ‘임계질량(우라늄이 스스로 폭발할 수 있는 최소 질량)’이 필요 없어 소형화에 유리하다.

 한국은 핵무기를 개발할 수 있나?

 한국수력원자력 자료에 따르면, 2014년 3월 현재 우리나라가 보유하고 있는 사용후 핵연료(Spent Nuclear Fuel)의 양은 1만5000톤에 달하며, 그 비율은 우라늄이 93.4%, 플루토늄 1.2%라고 한다. 증폭핵분열탄이나 수소폭탄에 들어갈 원료인 핵분열 물질은 일단 확보되어 있는 셈이다.

이 사용후 핵연료에는, 다시 사용할 수 있는 우라늄과 플루토늄이 포함되어 있다. 사용후 핵연료로부터 우라늄과 플루토늄을 다시 빼내는 작업이 ‘재처리 기술’이다. 그동안 사용후 핵연료 재처리 기술은 韓美원자력협정에 의해 상당 부분 규제되어 왔다. 재처리가 군사적 목적으로 이용될 의심을 받을 수 있어 한국이 독자적으로 재처리를 추진하는 게 쉽지 않았던 것이다. 2015년 4월 韓美원자력협정이 재개정되면서 재처리에 따른 완화 요건이 생겼다. 

舊 韓美원자력협정에는 미국의 동의나 허락 없이 핵연료의 농축과 재처리를 금지하는 이른바 ‘골드 스탠더드’ 조항이 들어있었다. 새 협정의 발효로 우리나라는 사용후 핵연료 관리에서 일정 부분 자율권을 보장 받을 수 있게 되었다. 개정된 협정으로 우리나라는 고농축 우라늄과 플루토늄 등이 핵무기 원료로 轉用(전용)되지 않는 한도 안에서 사용후 핵연료를 농축 및 재처리할 수 있는 여지가 생겼다. 徐鈞烈 교수는 “韓美원자력협정 재개정을 통해 조금 더 앞선 工法(공법)으로 더 많은 양의 핵물질을 추출할 수 있게 되었다”고 평가했다.


 재처리 및 농축 제재 완화

특히 개정된 조항에는, ‘파이로 프로세싱에 대한 공동연구를 향후 10년 간 추진하고 그 결과물을 바탕으로 연구 및 사업 방향을 정립한다’는 내용이 들어있다. ‘파이로 프로세싱(Pyro-processing·乾式高溫 再처리)’ 공법이란 재처리 기술 중 하나인데, 핵연료를 용융염[열에 녹아 액체 상태가 된 鹽類(염류)]에 녹여 플루토늄을 떼어내는 방식이다. 

800도 넘는 高溫에서 일부 휘발성 핵물질을 제거한 뒤 6000도의 고온에서 전기분해를 이용해 사용후 핵연료를 금속으로 환원하고, 나머지 물질들을 따로 분리한다. 이 공정을 통해 활용 가능한 사용후 핵연료(금속 상태의 우라늄, 플루토늄)와 필요없는 물질(우라늄 찌꺼기) 등을 한꺼번에 추출할 수 있다. 

파이로 프로세싱의 장점은 우라늄 활용률을 거의 100% 가까운 상태로 끌어올릴 수 있다는 데 있다. 다만 플루토늄의 경우, 다른 물질과 섞여 추출되기 때문에 그 純度(순도)는 다소 떨어진다. 徐鈞烈(서균렬) 교수는 '파이로 프로세싱을 통해 얻어진 플루토늄의 양은 매우 적고(약 1.2%) 불순물이 섞인 低순도지만, 高爆(고폭) 화약을 이용해 압축시키면 1억 도에 이르는 고온을 내기 때문에 증폭 핵무기 개발에 응용할 수 있다'고 했다. 

한국은 재처리와 농축 시설은 없지만 그 기술은 선진국 수준에 도달한 것으로 알려져 있다. 실제로 1993년 초부터 1994년 말까지 한국원자력연구소 과학자들은 우라늄 농축 연구를 진행, 소량의 우라늄을 농축하는 데 성공했다. 이때 사용한 농축법은 '아블리스(AVLIS·atomic vapour laser isotpe seperation)'라고 불리는 레이저 농축법이었다. 이 방식은 우라늄235 원자의 최외각을 돌고 있는 전자에 레이저를 쏘아 공명현상을 일으켜 이탈시킨 후, 양극(+)과 음극(-)을 가지는 전기판을 설치해 우라늄 235와 우라늄 238을 분리하는 농축 방법이었다.

이 우라늄 농축 결과는 당시 극비리에 붙여졌고, 정부의 일부 관계자만 알고 있었다('88프로젝트'라 불렸던 이 계획은 1995년 폐기되었다). 이 사업에 참여했던 한 핵공학자는 <月刊朝鮮>(2016년 1월호)과의 인터뷰에서, '우리의 과학기술 수준으로 (우라늄 농축과 재처리 기술) 능력은 충분하다'고 말했다.

 重水爐에서 거의 모든 걸 얻을 수 있어

徐 교수 역시 “지금 한국의 기술력과 제반여건 등을 볼 때 충분히 핵무기를 개발할 수 있다”고 강조했다. 그는 특히 중수로에 주목했다.

<우리는 이미 30여 년 전부터 중수로인 월성 原電(원전)을 運用(운용)해왔다. 그동안 이 중수로에서 나온 사용후 핵연료의 양이 막대하다. 중수로는 경수로보다 사용후 핵연료가 몇 배나 더 많이 나온다. 재처리 기술만 확보되면 중수로에서 나온 사용 후 핵연료를 이용한 핵무기 개발은 어렵지 않다고 본다.>

중수로와 경수로 차이는 냉각재와 감속재로 쓰이는 물의 수소(H) 원자 때문이다, 중수로의 重水가 경수로의 輕水보다 수소 알갱이가 더 많다. 실제 부피를 재어보면 약 1.2배 정도 차이가 난다. 경수로는 농축 우라늄을 사용하지만, 중수로는 천연 우라늄을 사용한다. 천연 우라늄으로부터 나오는 플루토늄의 양은 농축 우라늄 때보다 많다.

경수로의 핵연료 교체는 1년에 한 번 정도 이뤄진다. 이때 국제원자력기구(IAEA)의 감시가 집중되기 때문에 경수로에서 나오는 사용후 핵연료를 핵무기 개발 목적으로 빼돌리는 것은 사실상 불가능하다. 하지만 중수로는 원자로를 가동하면서 매일 핵연료를 교체한다. 하루에 16개씩 핵연료 다발을 교체하기 때문에 IAEA 사찰을 벗어날 여지가 있다.

향후 재처리 기술만 완벽하게 확보될 경우, 중수로가 핵무기 개발 물질의 주효한 공급원 역할을 할 수 있을 것으로 전문가들은 기대하고 있다.

徐 교수는 “현재 중수로에서 나오는 사용후 핵연료 물질은 엄밀히 따지면 미국의 통제권 바깥에 있다고 보는 게 타당하다”고 주장했다. 월성 1호기의 경우, 캐나다의 캔두(CANDU)型 원자로 기술을 도입한 것으로 미국과는 무관하다는 이야기이다. 그는 ‘(월성 1호기 등) 중수로에서 나온 사용 후 핵연료에 대한 재처리는, 韓美원자력협정에 위배될 것 같지 않다’는 입장도 보였다.


 삼중수소도 重水爐에서

증폭핵분열탄과 수소폭탄 개발에는 핵융합 물질인 중수소와 삼중수소도 반드시 필요하다. 중수소는 바닷물에서 추출이 가능하므로 확보하는데 기술적 어려움이 없다. 다만 삼중수소는 중수소에 비해 추출이 까다롭다.

삼중수소의 추출 방법은 리튬6에 중성자를 대량으로 照射(조사)해 얻어진다. 그런데 리튬6와 삼중수소 모두 핵무기 개발에 이용될 수 있는 물질이란 점에서 국제적으로 수출입에 일부 통제가 따른다. 가격도 매우 비싸고 생산되는 나라가 한정되어 있다.

徐鈞烈 교수는 삼중수소도 중수로에서 충분히 확보할 수 있다고 했다. 삼중수소는 리튬6를 통한 추출뿐 아니라 중수로의 부산물로도 나온다. 좀 더 자세히 설명하면, 중수로 원자로의 重水(중수) 속에 존재하는 삼중수소를 액체 상태로 분리한 뒤 초저온(-256도) 상태에서 농축하면 순수한 삼중수소를 얻을 수 있다.

중수로 원자로인 월성 原電은 2007년부터 TRF(Tritium Removal Facility·삼중수소제거장치)가 설치되어 삼중수소를 자체 생산하고 있다. 삼중수소를 추출하기 위한 촉매기술부터 저장용기까지 우리가 자체 개발했으며, 특히 중수로를 이용한 삼중수소 추출 기술은 세계에서 두 번째라고 한다. 徐 교수는 “리튬6은 볼리비아 등으로부터 수입을 해야 하고, 값도 비싸다. 우리는 리튬6을 수입할 필요 없이 중수로를 통해 삼중수소를 거의 무한정 얻을 수 있다”고 했다.

 朴正熙의 慧眼 

徐鈞烈 교수는 박정희 대통령에 대해서도 언급했다. 그는 '朴 대통령이 이런 利點(이점)들을 고려해 중수로를 도입한 것 같다'고 말했다. 우리나라 원자력 기술의 도입을 명령한 사람은 李承晩(이승만) 대통령이지만, 이를 산업화하고 발전시킨 사람은 朴 대통령이다. 박정희 대통령이 원자력에 관심을 보이기 시작한 것은 5·16 직후부터다. 국가재건최고회의 의장 시절부터 한국원자력연구소(現 한국원자력연구원)를 방문했고 대통령 재임 중에도 수시로 방문, 연구원들에게 금일봉을 건네며 격려했다.

朴 대통령은 핵무기 개발을 지렛대 삼아 외교적 實利를 취한 것으로 평가받는다. 1977년 착공해 1983년 준공된 월성 1호기는 사실 박정희의 작품이다. 착공 3년 전인 1974년, 인도는 카슈미르 지방의 영유권을 놓고 파키스탄과 오랫동안 분쟁을 일으키다 비밀리에 핵실험을 했다. 인도가 핵실험을 성공한 배경에 중수로가 있었다. 인도가 캐나다로부터 공급받은 중수로에서 나온 사용후 핵연료를 갖고 플루토늄을 추출하자 미국과 IAEA는, 중수로를 도입하려는 나라를 엄격하게 감시하기 시작했다. 


朴正熙의 '우회전략'

한국은 인도가 핵실험에 성공한 이듬해인 1975년 1월, 캐나다와 중수로 도입 계약을 체결했다. 인도의 핵실험 이후 강화된 감시 속에서도 한국은 당당하게 중수로를 도입한 것이다. 이미 韓美원자력협정(1974년)을 맺은 상태였고, 비슷한 시기 대만은 캐나다의 중수로를 도입하려다 실패했기 때문에 미국은 우리 정부의 중수로 계약 체결에 당황했다.

1975년 4월, 우리 정부는 핵확산금지조약(NPT)을 비준했다. 핵무기 개발 의사가 없는 것처럼 미국 정부를 안심시키려는 전략이었다. 당초 한국은 캐나다로부터 중수로는 물론이고 중수로 설계기술까지 한꺼번에 도입할 계획이었다. 한국전력은 그러나 ‘순수발전 목적으로 원자로를 도입하는 것이니 의심을 살 만한 기술은 제외하고 도입한다’는 결정을 내렸다. 한국 정부는 사용후 핵연료 재처리 기술을 확보하는 데까지 도달하지는 못했지만, '외교적 줄다리기'를 통해 중수로를 도입할 수 있었다. 

그후 박정희 대통령은 국제 상황의 변화에 따라 자체 핵무기 개발 의지를 자주 피력했다. 말만으로 그친 게 아니라 실제 행동도 뒤따랐다. 미국은 긴장했다. 미국은 우리 정부에 ‘핵우산을 제공하겠다’, ‘주한미군을 철수하지 않겠다’고 제안하며 달랬다. 협상 과정에서 朴 대통령은 중수로는 물론, 핵우산 지원이란 약속까지 받아낼 수 있었다. 산업용 원자력 기술은 비약적으로 발전했다. 세계 5대 원자력 기술 강국으로 평가 받는 原電 산업 속에는 핵무기를 만들 수 있는 원료와 기술이 잠복하고 있다. 박정희의 '우회전략'이 적중한 것이다.


 “기술력은 다 갖춘 셈… 虛를 찔러야”

핵무기 개발에는 국제 사회의 제재가 뒤따른다. 재래식 한국의 핵무기 개발은 NPT(핵확산금지조약)와 한미원자력 협정 위반이다. 이에 대한 徐 교수의 해법은 이러하다.

<일종의 虛(허)를 찔러야 합니다. 핵무기를 완전히 개발한다는 개념으로 가기보다는 핵무기 개발 기술을 완벽하게 확보한다는 생각으로 해야 합니다. 그것만 확보되면 그 후의 제재는 사실상 무의미해집니다.>

徐鈞烈 교수는 “결론적으로 우리는 (핵무기 개발에 필요한) 기술력을 다 갖추고 있는 셈”이라며 “이제는 과학자보다는 기술자만 있으면 되며, 그 수도 과거처럼 많이 필요하지는 않다”고 강조했다. 그는 “과거 핵보유국들의 핵무기 제조 과정을 우리가 기계적으로 다 수행할 필요도 없다. 우리는 그들의 핵무기 개발 과정을 오랜 시간 지켜봐왔기 때문에 몇 단계를 건너뛰어서 (핵무기를) 곧바로 만들 수 있다”고 했다. ‘유선전화에서 무선전화를 거치지 않고, 곧바로 광대역 통신망으로 간다고 보면 된다’는 비유도 덧붙였다.


 ‘NPT탈퇴-자위적 핵무장 국민투표案’

그의 주장과는 별개로 이미 국내의 자위적 핵무장 여론은 폭 넓게 형성되어 있다. 대한민국의 主敵(주적)이자 交戰(교전)상대, 戰犯(전범)집단에 해당하는 북한군이, 네 번에 걸친 불법 핵실험을 실시하고 핵무기 구축(더 나아가 실전배치)에도 사실상 성공한 것이므로 그에 따른 정치적·군사적 결단이 필요하다는 지적이 있다. 즉 ‘한국이 핵개발을 포함한 모든 自衛的(자위적) 조치를 취할 수 있는 헌법적 권리와 국제법적인 권한을 가졌다’는 것이다.

그러한 상황에서 한국은 NPT 탈퇴를 고려할 수 있다. NPT 10조는 <각 조약 당사국은 自國(자국)의 主權(주권)을 행사하는 데 있어서 본 조약의 주제와 관련된 비상사건이 自國의 最高(최고) 이익을 위태롭게 만들었다고 판단한다면, 본 조약으로부터 탈퇴할 수 있다>고 명시하고 있다. 자위적 핵무장, 거국적 핵안보 체제 구축, NPT 탈퇴 등을 걸고 국민투표에 부칠 수도 있다 (헌법 72조: 대통령은 필요하다고 인정할 때는 외교·국방·통일, 기타 국가안위에 관한 중요정책을 국민투표에 부칠 수 있다). 핵무장할 수 있는 기술과 원료가 있다. 문제는 국가의지이다. 과학자들은 '명령만 내려 달라'는 자세이다.

이승만 박정희가 핵개발을 위하여 깔아놓은 거대한 원자력 기술을 추수할 때이다. '산업화는 늦었지만 정보화는 앞서가자'라는 조선일보 구호가 현실로 구현되었듯이, '원폭은 늦었지만 수폭은 앞서가자'는 말이 현실이 될지 모른다.