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신규(新規) 핵시설(2010년 이후): 100메가와트 원자로
2010년 11월 영변을 방문한 지그프리드 헤커 박사에게 북한은 실험용 경수로 및 우라늄농축시설을 공개했다. 북한 관리들은 헤커 박사에게 경수로가 열출력 100메가와트로 설계되었다고 말했다. 하지만 북한은 원자로의 전력 생산능력을 공개하기를 꺼렸고 대신 열효율이 약 30퍼센트 정도라고 했다. 이에 따라 헤커 박사는 경수로의 전력생산 능력이 대략 25~30메가와트에 이를 것이라고 추측했다.
헤커 박사에 따르면 북한은 원자로 압력용기, 펌프 등 원자로 관련 부품을 모두 자체적으로 만들 것이며, 특히 경수로용 핵연료도 직접 생산할 것이라고 주장하였으며, 이산화우라늄 형태의 핵연료 제조방법에 대해 현재 연구 중이며, 어려움이 있더라도 외부 지원없이 곧 자체 생산을 시작할 것이라고 밝혔다 또한 아직 핵연료의 피복재(cladding material)를 지르칼로이(zircaloy)로 할지 스테인리스강으로 할지를 확정 짓지는 못했다고 한다. 이 원자로의 다른 특성들(운전압력 및 온도, 냉각재 유량, 감속재의 종류, 연소도 등)에 대해서는 확인하지 못하였다.
원자로 용기와 같은 경수로의 1차 시스템은 고온과 고압을 견딜 수 있어야 한다. 그러므로 경수로 공정은 높은 수준의 기술과 상당한 경험이 필수적으로 요구된다. 하지만 이러한 고온고압으로 인한 기술적 어려움은 발전효율을 낮춤으로써 완화시킬 수 있다. 이는 발전효율을 낮춤으로 1차 시스템에 가해지는 열과 압력으로 인한 부담을 줄일 수 있기 때문이다.
위글의 출처: 강정민, <북한 핵개발 현황 분석>, 북한연구학회, 2013년 4월25일, p. 62.
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당시 북한은 “핵융합 기술은 인류가 이상으로 여기는 새 에네르기(에너지) 개발을 위한 최첨단 과학기술 분야의 하나로서 '인공 태양' 기술이라고도 한다'고 설명했다. 그러면서 ”조선의 과학자들은 핵융합 기술을 우리식으로 개발하기 위한 투쟁을 벌여왔다“면서 ”수많은 과학적 기술적 문제들을 100% 자체 힘으로 해결함으로써 마침내 핵융합 반응에 성공했다“고 했다.
이어 “이 과정에 우리 식의 독특한 열핵 반응장치가 설계 제작되고 핵융합 반응과 관련한 기초 연구가 끝났다”고 밝혔다. 북한은 또 “조선에서 핵융합에 성공함으로써 세 에네르기 개발을 위한 돌파구가 확고하게 열렸으며 나라의 최첨단 과학 기술 발전에서는 새로운 경지가 개척되었다”고 자평했다.
<조선중앙통신>의 보도가 나오자 대다수 전문가들은 북한의 주장을 믿을 수 있는지, UN안보리의 제재를 받는 상황에서 어떻게 막대한 비용이 드는 핵융합에 성공했는지 등에 대해 의문을 제기했다. 또한 핵융합 에너지가 악용될 경우 가공할 위력의 열핵무기(수소폭탄)로 발전될 수 있다는 점 때문에 민감할 수밖에 없었다. 무거운 핵물질이 연새 분열하면서 에너지를 내는 원리의 핵분열과 달리 핵융합은 가벼운 물질이 합쳐지면서 에너지를 발생시키는 기술이다.
북한은 1980년대 말부터 핵융합 연구를 해온 것으로 알려져 있지만 그 기술이 검증되지는 않은 상태다. 전문가들은 당시 보도만으로는 북한이 어느 단계까지 왔는지는 파악하기 어렵다면서 이제 막 기초 단계에 진입한 것으로 보인다고 내다봤다.
그러나 북한의 과학기술을 분석한 XXXXXX연구원의 보고서에 따르면 “북한은 2008년 수립된 과학기술발전 5개년 계획의 20개 중점과제 중 원자력 분야 중점과제로 ‘핵융합분열 혼성원자로’를 선정해 연구를 시작했다”고 밝히고 있다. 혼성원자로는 핵분열에 따라 사용된 연료를 핵융합으로 발생한 중성자를 이용해 재처리하는 원자로다.
보고서는 북한이 혼성원자로를 개발하려는 의미에 대해 개발에 성공할 경우 “세계 최고 수준의 핵분열과 핵융합기술을 보유한다는 것으로 그 경제적, 기술적 파급력이 엄청나다”면서 “양기술(핵분열·핵융합의 조합)은 수소폭탄 제조능력을 입증하는 것으로 볼 수 있다”고 분석했다.
국책연구기관인 통일연구원이 2014년 12월 발간한 자료(제목: 북한의 핵전략과 한국의 대응전략)에도 북한의 수소폭탄 개발 가능성과 관련해 매우 구체적인 분석이 게재되어 있다.
보고서는 북한이 2013년 2월12일 제3차 핵실험 이후 4월2일, 북한 원자력총국 발표를 통해 5MWe 흑연감소로를 재가동 조치한 것이 ‘삼중수소’의 생산을 위한 것일 가능성을 제기했다. 이와 관련해 보고서는 아래와 같이 밝히고 있다.
<당시에는 플루토늄 생산, 전력, 문제 해결, 회담용 협상카드 준비 등 북한의 5MWe 흑연감속로 재가동에 대한 의도를 다각도로 분석하였다. 하지만, 어디에도 삼중수소 생산을 위한 재가동이라는 분석보고나 언론보도는 없었다. 비록 그것이 사실이 아니라고 할지라도 모든 가능성을 열어두고 북한의 의도를 파악할 수 있는 전문가가 세계 어디에도 없었다는 점은 아쉬움을 남긴다…(중략) 리튬6는 그 자체만으로도 핵융합물질이다…(중략) 증폭핵무기에도 삼중수소 대신에 중수소와 리튬6 화합물을 사용하는 것이 유리하다고 할 수 있다. 하지만, 현대식 증폭핵무기에는 대체로 중수소·삼중수소의 혼합가스를 사용한다고 한다. 그 이유는 고체의 중수소화리튬이나 삼중수소화리튬을 사용하는 것보다 혼합가스를 사용하는 편이 융통성이 높기 때문이다.>
보고서는 또 강화형(boosted) 핵무기의 일종인 증폭핵무기가 “수소폭탄으로 가기 위해 반드시 거쳐 가야 할 관문이며 발판”이라며 “사실상 핵보유국 지위 확보를 위해 꾸준히 핵 능력을 발전시키고 있는 북한에게 있어, 증폭기술을 사용할 경우 현재의 기술 수준에서 2~5배 이상의 핵폭발 위력을 달성할 수 있다고 하는 것은 매우 매력적인 방안이 아닐 수 없다”고 평가했다. 보고서는 이어 “북한은 수소폭탄을 핵개발의 최종 단계로 추구할 가능성이 높다”며 그 이유를 아래와 같이 밝혔다.
<북한이 항상 핵 억제력의 대상으로 생각하는 미국을 상대하는데 있어서 결정적인 한방을 날릴 수 있는 고위력의 수소폭탄만이 확실한 핵 억제력을 제공해 줄 수 있기 때문이다. 현 단계에서 북한의 수소 폭탄 개발 가능성을 다루는 것은 다소 시기상조이다. 하지만 일반적인 핵개발국의 수순이 증폭핵무기를 개발하고 나서 수소폭탄으로 이어진다고 하는 점을 고려하면, 북한도 언젠가 증폭핵무기를 개발할 것이고 그 다음 수소폭탄 개발을 위해서는, 너무 낡아서 다음번 재가동을 기약할 수 없는 5MWe 흑연감속로의 이번 재가동 기간을 최대한 활용하여 가능한 많은 양의 삼중수소를 확보해야 만 할 것이다.>
김필재(조갑제닷컴) spooner1@hanmail.net
