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-경수로(輕水爐): 경수(일반증류수)를 냉각재 및 감속재 겸용으로 사용하는 원자로로 미국에서 개발했다. 경수로에 사용되는 핵연료로는 일반상업용은 주로 2~5% 저농축우라늄을 사용하고, 잠수함 추진용 경수로는 90%까지의 농축우라늄을 사용한다. 경수로는 안전성과 경제성이 우수하며, 비등경수로형(Boiling Water Reactor)과 가압경수로형(Pressurized Water Reactor)의 두 가지 형태가 있다. 전 세계 원자로 시장의 약 78%를 차지한다. 경수로는 핵무기용 플루토늄 생산에는 적합하지 않다.

-고폭(高爆)장치: 기폭(起爆)장치로도 불리며, 분리된 상태의 핵물질을 임계상태로 압축 및 결합시키기 위한 폭약장치를 말한다. 핵폭발이 일어나는 약 백만분의 1초 내에 핵물질을 완벽한 구형으로 결합시킬 수 있도록 정밀하게 설계, 제작되어야 한다.

-고폭(高爆)실험: 고폭실험은 핵실험의 전 단계로써 핵분열 물질을 주입하지 않은 상태에서 고폭장치의 작동상태와 성능을 시험하는 것이며, 핵분열 물질 대신 폭발 염려가 없고 물리적 성질이 비슷한 천연 또는 감손(減損)우라늄을 장입(裝入)하기도 한다.

-원자로: 핵분열 과정에서 연쇄 반응의 속도를 조절하여 에너지를 얻는 장치로, 중성자를 감속시키는 감속재에 따라 경수로(輕水爐), 중수로(重水爐), 흑연로, 고속 증식로 등이 있다.

-재처리: 재처리(Reprocessing)는 사용후 핵연료에 남아 있는 유효성분을 화학적으로 추출해내는 작업을 의미한다. 사용후 핵연료는 고준위 방사성 물질이다. 현재 국제적으로 군사용이 아닌 상업용 재처리 시설을 보유하고 있는 국가는 영국, 프랑스, 인도, 일본, 러시아이며, 신규 혹은 추가로 건설 중에 있는 중국, 일본, 인도 등이 있다. 군사용 재처리 시설을 보유한 국가는 미국, 중국, 북한, 이스라엘 등이 있으며, 파키스탄의 보유 여부에 대해서는 아직 알려진 바가 없다.

중수(重水): 중수는 경수보다 무겁고 중성자 감속능력이 경수보다 1.4배 우수하다. 중수는 일반 자연수 속에 0.015% 밖에 포함되어 있지 않으나 바닷물의 양을 고려할 때 거의 무진장 가용하다. 그러나 추출비용이 비싼 관계로 중수는 kg당 약 20만원의 고가이다.

-중수로(重水爐): 중수를 냉각재 및 감속재로 사용하고 천연우라늄을 연료로 사용하는 원자로로써 천연우라늄이 풍부하여 농축 필요성이 없는 캐나다에서 개발했다. 흔히 CANDU(Canadian Deuterium Uranium Reactor)라고 불리며 핵연료를 원자로 가동 중에도 교체할 수 있다. 

-핵무기의 종류: 핵무기는 크게 핵분열을 이용한 원자탄과 핵융합을 이용한 수소폭탄으로 분류한다. 기타 여러 가지 종류로 구분하기도 하지만 이상 두 가지 유형을 벗어나지 않는다. ▲원자폭탄은 위력을 다양하게 만들 수 있기 때문에 대체로 20kt(표준원폭)을 기준으로 소형, 대형으로 편리하게 부른다. ▲수소폭탄은 핵융합 반응을 이용하기 때문에 1억도 이상의 고온을 필요로 하며, 그 정도의 열을 낼 수 있는 방법은 원자탄 밖에 없기 때문에 핵융합탄의 기폭제로 원자탄이 사용된다. 수소폭탄은 한결같이 위력이 크기때문에 전략무기로 사용된다. ▲연구개발단계에 있는 핵탄 종류로는 超플루토늄탄, 순핵융합핵탄, X선-레이저(스펙트럼탄) 등이 있다. 이 가운데 초플루토늄탄은 플루토늄보다 무거운 아메리슘이나 큐리움과 같은 인공핵종을 이용해 초소형으로 큰 위력을 낼 수 있는 핵분열탄이다. 순행융합핵탄은 핵분열탄을 기폭제로 사용하지 않는 방법으로 핵융합을 달성하는 것이다. X선-레이저는 핵폭발시 방출되는 다량의 X선을 집중시켜 원거로 목표물을 타격하는 방법이다.

-핵무기의 형태: 핵무기의 형태는 대표적으로 포신형(Gun-Type)과 내폭형(Implosion-Type)이 있다. 포신형은 핵물질(U235)을 두 부분으로 나누어 저장한 상태에서 고폭장약을 터뜨려 포탄을 쏘듯이 핵물질 덩어리를 쏘아서 합쳐지면 임계에 도달하여 핵폭발을 일으킨다. 내폭형은 핵물질(Pu239)을 귤 조각처럼 여러 조각으로 만들어 사이가 뜨고 속이 빈 느슨한 구체  형태로 두고 둘레에 고폭장약을 감싸놓은 모양이다. 고폭장약을 터뜨리면 흩어져 있던 핵물질 조작들이 가운데로 압축되면서 임계에 도달하여 핵폭발을 일으킨다.

-핵물질: 핵물질은 핵분열(Fissile) 물질과 핵원료성(Fertile) 물질 두 종류로 구분된다. 핵분열성 물질은 저속(低速) 중성자를 흡수하면 핵분열을 일으키는 핵종으로 핵무기 및 원자로의 핵연료로 사용된다. U233(우라늄), U235, Pu239(플루토늄), Pu241 등이 있다. 핵연료성 물질은 중성자를 흡수하면 핵분열성 물질로 변환되는 핵종을 말하며 U238과 Th232(토륨)이 있다.

-핵연료: 핵연료로는 통상 저농축 핵분열 물질(U235, Pu239)이 주로 사용되고 있다. 핵무기용 핵연료는 U235가 최소 93% 이상의 고농축우라늄 또는 순도 93% 이상의 플루토늄을 사용하며, 플루토늄의 순도는 총 플루토늄 양에 대한 Pu239의 비율을 말한다. 원자로용 핵연료는 천연우라늄을 그대로 사용하거나 U235를 2~5% 정도로 농축시켜서 사용한다. 핵연료로 플루토늄을 사용할 수도 있으며 우라늄과 플루토늄을 혼합(MOX)해서 사용할 수도 있다. 

-사용후 핵연료: 원자력발전소에서 사용하는 핵연료는 원자로 속에서 핵분열을 일으키며 이때 나온 열을 이용하여 전력을 생산한다. 핵연료를 일정기간 원자로 내에서 연소시키면 더 이상 충분한 열을 생성시키지 못하기 때문에 계속적인 전력생산을 위해 새로운 핵연료로 교체하고 연소된 핵연료는 원자로에서 인출한다. 이때 원자력발전의 연료로 사용되고 난 후 인출된 핵연료를 사용후 핵연료라고 부른다. 

-핵연료주기: 우라늄이 광석으로 채굴되어 정련-변환-농축-가공단계를 거쳐 원자로에서 사용된 후 재처리, 재활용 및 고준위폐기물로 영구 처분되기까지의 전 과정을 핵연료주기라 한다. 원자력발전소를 중심으로 이전 단계를 선행 핵연료주기, 발전소에서 타고 난 이후 단계를 후행 핵연료주기라 한다. 핵연료주기에서 ▲정련(Uranium Ore Processing)은 우라늄 원광으로부터 우라늄 성분을 분리해내어 옐로우 케이크(Yellow Cake)라는 우라늄 정광을 만드는 작업이다. 옐로우 케이크는 우라늄 성분이 약 80% 함유되어 있는 노란색의 분말이다. ▲변환은 옐로우 케이크를 다시 한 번 정제하여 핵연료 급의 순도를 갖는 우라늄을 만든 후 이를 다시 우라늄 농축을 위해서 농축에 적합한 형태인 UF6(육불화우라늄)로 만드는 공정이다. ▲농축은 핵연료로 직접 쓸 수 없는 U238이 대부분인 천연우라늄을 핵연료로 사용하기 위해 U235의 비율을 높이는 작업을 의미한다. 이렇게 U235의 비율이 높아진 우라늄을 농축우라늄(Enriched Uranium)이라 한다. U235의 비율을 높이면 동시에 다른 부분에서는 U235의 비율이 줄어들게 되는데, 이렇게 U235의 비율이 0.71%이하로 줄어든 찌꺼기 우라늄을 감손(減損)우라늄 또는 열화(劣化)우라늄이라고 한다. 현재 공식적으로 농축시설이 가동되고 있는 나라는 미국, 중국, 일본, 러시아, 영국, 프랑스, 독일, 네덜란드, 파키스탄 등으로 알려져 있다.

-핵종(核種): 원자핵의 상태, 즉 원자 번호, 질량수, 에너지 상태에 의해 분류된 원자의 종류를 의미한다. 과거에는 동위원소(同位元素)라는 용어가 핵종 대신 사용됐는데, 동위원소는 본래 특정의 관계에 있는 핵종을 가리키는 것으로, 이상의 의미에 이용하는 것은 적당하지 않다. 원자 번호가 같은 핵종을 서로 동위원소라고 하며, 질량수가 동등한 핵종을 동중원소, 중성자수가 같은 핵종을 동중성자 원소라고 한다. 핵종을 나타내는 데는 일반적으로 원자핵 기호가 이용된다. 현재 알려져 있는 핵종의 수는 약 1500개이지만 그중 안정 핵종은 약 210개, 나머지는 방사성 핵종이다. 연구를 추진함에 따라서 발견되는 핵종의 수는 늘고 있는데, 그 대부분은 인공 방사성 핵종의 발견에 의한 것이다...(계속)

정리/김필재(조갑제닷컴) spooner1@hanmail.net