북한군 연구 (원자폭탄 1편)

등록일 2006-10-14

북한의 핵실험 때문에 동네방네 말들도 많습니다. 조중동을 보면 불안하지만 오바하는 느낌을 지울 수가 없고 반대로 국제방의 일부 북빠들처럼 북한의 핵보유가 미국 세력을 태평양 건너로 내쫓을 민족의 쾌거라는 식도 직감적으로 판타지 소설이라는 걸 다들 공감하실 겁니다.

긴 말 필요 없이 북빠가 되었건 한나라당 알바가 되었건, 자신들이 옳다고 생각하는 가장 기본이 되는 팩트부터 챙기시라는 말씀을 드립니다. 그래서 이번 글은 다소 무미건조한 과학적인 글이 될 겁니다.

그럼…

도대체 이번 북한의 핵 실험은 성공을 한거야? 아니면 실패를 한거야?

그거야 보는 기준에 따라 다르지만… (하나마나 한 소리를 하고 있죠?)

북한 당국자가 중국쪽 당국자에게 언급했다는 북한핵의 파워는 4 kT 라고 합니다. 그런데 실제 터진 핵폭탄의 파워는 작게는 0.1 kT 에서 많이 잡아 줘야 0.8 kT 라고 합니다.

북한이 터뜨린 원자폭탄은 현재까지는 우라늄을 원심분리기를 통해 고순도로 농축한 것이 아니라 영변의 원자로에서 타고 남은 폐연료봉에서 추출한 플루토늄을 사용한 것으로 대개 알려져 있습니다.

그럼 플루토늄을 이용한 원자폭탄에 대해서 좀 알아보죠. 도대체 우라늄을 이용한 놈과 뭐가 그렇게 다르고 그 다른 점이 혹시나 북한의 어정쩡한 원폭 실험 결과와 연관이 있는 것은 아닌지… 함 공부해 보자고요…

원자폭탄을 만들 때 쓰는 플루토늄은 분자량 239짜리입니다 (Pu-239). 이게 원자로의 폐핵연료봉에서 얻어지는 건 다들 아실 텐데… 조금 깊이 공부해보죠. 이 Pu-239는 자연적인 핵분열 속도가 낮습니다. 즉 1Kg을 기준으로 1초에 10번의 핵분열이 일어납니다. 꽤나 차분한 넘이죠.

여기서부터 숫자 유심히 보시기 시작하세요. 그런데 이 Pu-239를 얻는 과정에서 불순물이 생깁니다. 뭐냐 하면 Pu-239 가 중성자 하나를 날름 먹어 Pu-240으로 변하는 거죠. 그럼 소량의 Pu-240 이 무슨 작용을 하느냐…

이 넘은 의외로 성질이 급한 놈입니다. 자연적인 핵분열 속도가 Pu-239에 비해 4만 배 이상 빠릅니다. 즉 1초에 415,000번의 핵분열이 일어납니다. (1Kg 기준). 이 넘이 핵폭탄 원료에 7% 이상 섞여 있으면 핵폭탄이 제대로 익어서 터지는 게 아니라 성급하게 핵반응이 일어나 사람으로 치면 조루 현상이 일어나게 됩니다. 따라서 가지고 있는 핵물질이 모두 분열을 하지 못하고 원래 보다 훨씬 적은 파워의 폭발력만을 보이게 되죠. 즉 20 kT 정도의 파워가 나와야 할 넘이 절반이나 그 이하 정도밖에 파워가 안 나오는 경우가 생기기도 하는 거죠.

이런 현상을 방지하려면 순도가 높은 Pu-239를 확보해야 하는 것은 물론 이고 이에 더해서 아주 정교한 기폭 장치를 도입해야 합니다. 이름하여 Implosion type (내폭발형). 이렇게 백날 말해봐야 그림 한번 보느니만 못하죠. 그림으로 설명드릴게요.

즉 동그란 공 모양으로 플루토늄을 만들어 그 주위를 정교한 폭약의 조합으로 둘러싸는 겁니다. 폭약으로 둘러싸는 것도 그냥 제 멋대로 배치하는 것이 아니라 고속 폭약과 저속 폭약을 정밀하게 상호 배치하여 폭발의 힘이 완벽하게 공의 중앙으로 집중되게 만들어야 합니다.

이걸 렌즈라고 표현하는데 이런 기폭장치 설계와 가공이 바로 진짜 원자폭탄의 숨겨진 기술력이죠. 다들 핵물질의 고농축에만 관심이 있으신 모양인데 실제로 써 먹을 때 힘을 쓰는 건 이런 기폭 장치의 설계와 가공 기술입니다. 밑줄 쫙 치시기 바랍니다. 진짜 중요한 건 기폭 장치의 설계와 가공 기술!!

공업시간 때 배우신 걸 잊지 않으셨다면 밀링 머신이 생각나실 겁니다. 원폭 제조에 사용되는 밀링 머신의 정교함은 상상을 초월합니다. (당연히 중국과 소련, 북한 같은 공산권 국가에는 수출 금지 품목입니다. 뭐 밀수해서 쓴다면 할 수 없고요)

자 그럼 이런 기폭 장치의 설계가 얼마나 중요한 가를 수치로 설명을 드리죠. 정교한 설계를 바탕으로 내부의 플루토늄 공이 압축을 받는데 

압축비	폭발력
2배	10-20 kT
3배	40-45 kT
4배	60-80 kT
5배	80-100 kT

동일한 핵물질을 쓰고도 폭발력의 차이가 최대 10배 이상 나죠? 이게 바로 기술력이고 선진 핵보유국이 정말 소형의 핵무기를 보유하게 하는 근본이 되는 겁니다.

이런 이유 때문에 한 국가가 보유하는 핵물질의 양도 중요하지만 원자폭탄의 설계와 가공 기술을 포함한 전반적인 기술력이 그 나라의 핵전력을 평가하는데 중요한 척도가 되는 것입니다.

그럼 4 kT 를 목표로 준비했는데 최대 0.8 kT 의 폭발력만을 얻었으니 북한은 개망신인가?

그건 한 마디로 말 할 수는 없는 노릇입니다. 대개 최초 원폭 실험을 하는 나라들은 위와 같은 위험부담 때문에 대개 15 kT 이상의 원폭으로 시작을 합니다. 아주 효율이 떨어지는 경우에도 면피는 해야 하니까요.

하지만 제대로 된 사막이나 불모지가 없는 북한의 경우 막말로 15 kT 급으로 실험을 했는데 운이 좋게 15 kT 의 폭발력으로 대성공을 한다면 실험 자체로는 더 할 나위 없이 좋지만 가뜩이나 좁디좁은 나라에서 지진파에 의한 피해를 어떻게 감당하느냔 말입니다.

아마도 제 생각에는 이런 저런 사항을 고려해서 처음부터 작은 원폭으로 실험을 추진했을 수도 있다고 봅니다. 물론 북한의 핵관련 과학자들이나 기술자들이 자신 만만했을 수도 있죠. 자신들이 개발한 소형 핵 기폭장치의 품질에 대해서.

물론 부정적으로 생각하면 정반대로도 추측할 수도 있습니다. 원래는 10 kT 이상으로 준비했는데 기술력이 자신이 없으니 대외적으로는 4 kT 라고 발표해 두었다가 2-3 kT 정도의 폭발력이 나오면 개망신은 면할 생각으로.. 그렇다면 0.1-0.8 kT 수준으로 나온 폭발력은 정말 개허접 핵실험이라고 볼 수도 있죠.

하지만 어찌되었거나 생각만큼의 폭발력이 나오지 않은 것으로 추측이 되기는 합니다. 그럼 북한만 이런 망신을 겪었느냐?

역사 공부도 하실 겸 1998년 파키스탄으로 가보시죠. 캐쉬미르 지역을 놓고 견원지간인 파키스탄과 인도 간에 경천동지할 일이 벌어집니다. 1974년 이미 핵실험을 한번 한 경력이 있는 인도가 느닷없이 핵실험을 파키스탄 국경 인접한 장소에서 벌입니다.

파키스탄도 이미 미국의 제재를 받아가며 핵개발은 거의 완료된 상태였지만 최대 경쟁국인 인도가 핵실험을, 그것도 자신들 국경 코앞에서 실시하니 파키스탄도 별로 선택의 여지는 없었죠.

1998년 5월 28일과 30일에 핵실험을 질러 버립니다. 그런데 웃기는 건 28일 경우 파키스탄 정부는 5개의 핵실험을 했다고 발표를 하는데 (총 폭발력: 40 kT) 정작 리히터 지진계로 잡힌 건 진도 5.0 정도로 다 합쳐봐야 9-12 kT 정도 밖에 안되었다는 겁니다.

30일에 저지른 핵실험도 원래는 12 kT 정도를 예상하고 터뜨렸는데 실제 폭발력은 겨우 4-6 kT 정도밖에 안 나왔고요. (-.-;)

대략 1/2 이나 1/3 정도의 효율 밖에 안 나온 거죠.

이론과 실제가 이렇게 차이가 나는 거고 그렇기 때문에 핵보유국들이 핵실험 한번 할 때마다 그렇게 국제적으로 비난을 받으면서도 엄청난 돈과 환경오염을 무릅쓰고 실제 핵을 터뜨려 보는 이유가 다 그런 겁니다.

물론 파키스탄은 주장대로라면 6개의 핵폭탄을 터뜨려서 정말 귀한 실험 자료를 얻었을 테고 이를 바탕으로 적어도 1998년 보다는 성능이 향상된 원자폭탄 설계와 가공 노하우를 얻게 되었을 겁니다.

자… 미사일 기술과 원폭 기술을 북한과 파키스탄이 맞교환을 한 건 다들 아는 사실일 테고요. 북한 원폭 기술의 소스인 파키스탄이 1998년 저렇게 개망신 수준의 원폭 실험을 했는데…

북한의 원폭 기술력을 현재 우리가 보고 있는 그대로 받아들인다고 해서 특별히 이상할 건 없다고 봅니다. 이번의 핵실험 자료를 바탕으로 한층 더 개선된 핵폭탄을 만들 수 있겠죠.

북빠들을 위한 보너스 상식 첫 번째…

지난 며칠 국제방의 북빠분들 글을 보다 보니 북한이 이미 플루토늄을 1990년대에 확보를 해서 파키스탄에서 대리 핵실험을 했다고 주장하는 분이 있더군요.

뭐.. 아주 황당무계한 소리는 아니고요…

이런 소리가 왜 나오는지 배경을 조금 설명을 드리겠습니다. 파키스탄의 원폭 실험 후 미국은 당연한 얘기지만 지하 핵실험에서 대기 중으로 확산된 공기 시료를 채취해서 분석을 합니다. 그런데 로스 알라모 국립 연구소 (Los Alamo National Laboratory) 에서 극소량의 무기급 플루토늄을 검출했다고 발표를 한 거죠.

그러니 당시까지 파키스탄이 우라늄 농축형 원폭실험을 했다고 알고 있었는데 플루토늄이 검출이 되니 미국 당국은 꽤나 당황하게 됩니다. 미국 정보망에 걸리지도 않으면서 파키스탄 자체적으로 플루토늄을 확보를 한 건지 아니면 어디 다른 나라에서 수입을 한 건지… 그래서 북한 쪽에 눈길이 간 거고 이런 정보가 과장이 되어서 북빠들이 북한이 파키스탄에서 대리 핵실험을 했다는 주장의 근거로 사용이 된 것이고요.

그런데 북빠분들에게는 좀 아쉬운 얘기지만 나중에 로렌스 리버모어 국립 연구소 (Lawrence Livermore National Laboratory) 을 포함한 몇몇 다른 기관의 검사 결과 로스 알라모 연구소에서 플루토늄이 검출되었다는 발표는 사실이 아닌 것으로 밝혀졌습니다.

이제 팩트는 제공해 드렸으니 이 팩트를 보고도 계속 1998년 북한의 핵실험을 주장하시려면 맘대로 하시기 바랍니다.

북빠들을 위한 보너스 상식 두 번째

지금 국제방에는 북빠들의 판타지 소설이 시리즈물로 계속 나오고 있습니다. 읽다가 배꼽이 빠지는 줄 알고 실험실에서 뒤집어졌던 얘기하나 알려드리죠.

북한은 이미 1990년대에 미사일에 장착할 정도로 원자폭탄의 소형화에 성공했고 이후 계속 소형화를 추진해서 소총의 총알 크기로 핵폭탄의 소형화에 성공했답니다. 그래서 총알 한방에 바닷가의 바위가 형체를 알아 볼 수 없을 정도로 날라 갔다고 하더군요.

이 얘기는 예전에도 각종 밀리터리 사이트에 굴러다니던 황당무계한 북핵 시리즈물들 중에 하나인데 서프의 국제방까지 기어들어 올 줄은 정말 몰랐습니다.

원자 폭탄 이야기 할 때 “임계 질량”이란 말은 들어 보셨나요?

우라늄의 경우 특별한 장비를 사용하지 않을 경우 임계 질량은 50kg 입니다. 즉 최소한 이 정도의 우라늄을 확보해야 원자폭탄을 만들 수 있다는 얘기죠. 물론 현재 핵물리학의 도움으로 이 임계 질량은 15kg까지 줄였습니다.

북한이 사용하는 것으로 추정되는 플루토늄은 임계질량이 16kg 이지만 중성자 반사기를 사용해서 10kg까지 줄일 수 있습니다. 다시 말해서 하늘이 두 쪽이 나도 플루토늄을 이용한 원자폭탄의 경우 사용 핵물질의 양이 10kg 이하는 될 수가 없다는 말입니다. 플루토늄10 kg 이면 공으로 만들면 직경이 10cm 입니다. 좀 큰 사과 크기가 될까요?

 

위에 노란색으로 지정한 부분에 대한 보충 설명을 합니다. 위의 자료는 wikipedia.org에서 nuclear bomb design 이란 검색어를 사용해서 얻은 내용을 올린 것입니다만 실제 핵탄두 제조에 사용된 플루토늄의 경우 beryllium reflector를 사용해서 `임계 질량을 대폭 낮추었습니다 (4kg). 위에 노란색으로 표현한 부분이 틀린 내용은 아니지만 해석에 따라 오해의 소지가 있다고 생각합니다. 죄송합니다.

 

출처는 http://www.wisconsinproject.org/pubs/articles/2001/bomb%20facts.htm 입니다.

 

- 4 kilograms: Weight of a solid sphere of plutonium just large enough to achieve a critical mass with a beryllium reflector. Diameter of such a sphere: 2.86 in (7.28 cm). Diameter of a regulation ball: 2.90 in (7.36 cm).
- 5 kilograms: Estimated amount needed to manufacture a first-generation fission bomb today.
- 15 kilograms: Weight of a solid sphere of plutonium just large enough to achieve a critical mass without a reflector. Diameter of such a sphere: 4.44 in (11.3 cm). Diameter of a regulation softball: 3.82 in (9.7 cm).

기존의 핵폭탄들의 질량과 폭발력 도표 하나 선물합니다. 직접 한번 보시죠.

155mm 야포에 장착을 한다면 기술적으로는 가능하겠지만 AK 자동소총에 총알로 핵탄두가 장착이 되고 바닷가의 커다란 바위를 총알 한방에 날려 버렸다는 얘기에 뒤집어 지는 줄 알았습니다.

북빠분들… 판타지 소설을 쓰던 음란 소설을 쓰던 그건 자유지만 그런 쓰레기글로 주변 사람들 판단을 흐리면 지금 당장은 몰라도 점차 사람들이 곱지 않은 시선으로 볼 테고 무슨 소리를 해도 귀 기울이지 않게 될 겁니다. 적어도 자기가 하고 있는 얘기의 근거가 어디서 온 건지 정도는 확인하시기 바라고 최소한의 기본적인 과학적 이론은 챙기셔서 소설을 쓰시기 바랍니다.


후기:

제가 미국에서 만나는 미국 친구들과 북한 얘기를 나누면 10명중 9명은 제게 이런 질문을 합니다. "Where do you come from?" 어디 출신이냐 이거죠. 남한에서 왔다고 하면 이런 질문을 추가로 합니다. "Where do you originally come from?" 흐흐흐... 제가 하도 북한을 두둔하는 발언을 하니 그런 질문들을 하나 봅니다.

 

제가 북한을 두둔한다고 해서, 그리고 김정일을 아쉬운대로 협상의 파트너로 인정을 하고 북한의 연착률을 지지한다고 해서 그게 북한 공산당이 예쁘고 김정일이 예뻐서라고 오해하지 마시기 바랍니다. 빈대 잡자고 초가삼간을 다 태워 버릴 수 없고 또 격변의 시기가 오면 고생하고 삶이 고달파지는 건 결국 언제나 힘들고 힘없는 민중들일테니까요. 지금 이라크에서 벌어지는 모습을 봐도 독재자 하나 없애고 남은 민중은 매달 3000명씩 죽어나가는 모습이 과연 우리가 바라는 모습인지 확신이 없답니다.

 

지금 북한정권의 모습은 이제 핵까지 보유했겠다... 바늘로 찔러 피 한방울 나올 것 같지 않겠지만 이 세상 어떤 정권이 무력과 물리적 힘 만으로 영원무궁했던 적이 있던가요? 평미레 님의 말씀 마따나 백성들 마음에 원한을 품게 만드는 정권이 승승장구 할 수는 없는 노릇입니다. 전 북한이 언제 어떤 형태로 갑자기 붕괴한다고 해도 눈하나 깜짝하지 않을 것 같습니다.

 

현재 국제방에서 무작정 북한을 찬양하고 객관적 사실 조차 무시하며 북한 바라기를 하시는 분들께 묻습니다. 북한에 인권이라는 단어가 있다고 생각하십니까? 북한은 교과서나 신문, 기타 어떤 매체에도 인권이라는 단어가 없답니다. 그게 무엇인지 조차 모르는 동네랍니다. 전 제가 북한을 돕는 일을 개인적으로 하고 있지만 늘 마음이 아픈 건 현재 북한 내에서 핍박 받고 있는 수많은 정치범과 제대로 먹지 못하고 헐벗은 수많은 동포들에게 그들이 그렇게 도움을 간청했을 때 나는 무엇을 했노라고 대답할 꺼리를 찾지 못하겠는 겁니다.

 

합리적 사고가 행동을 좌우하지만 그리고 평균적으로 긍정적인 면을 방향으로 나아가지만 제가 결국 채워줄 수는 없는 북한의 인권사각지대에 안타까워 하는 마음까지 묻어 버릴 수는 없답니다.

이제 제발 국제방에서 비이성적인 북빠들이 제 정신을 차리면 좋겠습니다. 한나라당 알바들께는 따로 한번 글을 또 쓰겠습니다.