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[동영상] The Deadly Miscalculation at Castle Bravo

핵융합폭탄(열핵폭탄·수소폭탄):은 1억도의 고온·고압 환경 속에서 수소 또는 수소의 동위원소를 보다 무거운 원소로 융합시켜 폭발시키는 폭탄이다.

핵융합폭탄은 기폭제(起爆製)에 원폭을 써서 그 폭발에서 생긴 고온으로 수소의 동위원소(중수소, 삼중수소)나 헬륨 등 가벼운 원자핵을 핵융합 반응시키고 우라늄을 핵분열한다. 이 같은 이유로 핵융합폭탄을 ‘3F폭탄(핵분열=fission, 융합=fusion, 핵분열=fission)’이라고도 부른다.

대표적인 핵융합폭탄인 수소폭탄의 메커니즘은 아래와 같다.

①제1단(핵분열 코어)이 폭발한다. ②위 핵분열 폭발에서 발생하는 감마선이 충전재 물질을 초고온으로 만들어 플라즈마 환경이 된다. ③증발된 충전물은 팽창하지만 폭탄 케이스에 의해 외부로 빠져나갈 수 없기 때문에 핵융합 pusher/tamper(우라늄-238/우라늄-235)를 강하게 압축시킨다. ④이 압축은 핵융합 반응에까지 미친다. ⑤그리고 이 압축은 스파크 플러그(sparkplug, 우라늄-238 또는 플루토늄-239))까지 되돌아와 스파크 플러그를 초임계로 압축한다. ⑥방사 shield(텅스텐 등)의 구멍을 통해 제1단의 폭발에서 나온 중성자가 핵분열 스파크 플러그로 되돌아온다. ⑦스파크 플러그가 폭발한다. ⑧핵융합 연료가 외측으로부터는 pusher/tamper에, 내측으로부터는 스파크 플러그에 의해 초압축되어 초고온 플라즈마가 된다. ⑨핵융합 연료 속에서 리튬과 중수소가 반응하여 3중수소를 만들고, 이어서 3중수소와 중수소가 핵융합반응을 일으킨다. 이 반응에서 헬륨이 만들어짐과 동시에 막대한 에너지가 감마선, 중성자 및 열로 방출된다. ⑩핵융합 반응에서 나오는 다량의 중성자로 pusher/tamper의 우라늄이 핵분열을 일으켜 추가적인 에너지를 방출한다. ⑪에너지 방출로 초고온의 잔류물이 팽창하면서 모든 핵반응은 끝난다. ⑫그리고 핵무기 전체가 증발한다. 모든 반응 순서는 이처럼 복잡하지만 이 모든 과정은 순식간에(30~100만분의 1초)에 일어난다.

수소폭탄은 맨해튼 계획을 진행할 때 에드워드 텔러(Edward Teller)가 제안했으며, 정식으로 개발을 실행한 것은 1950년 1월 트루먼 대통령이 개발을 명령한 이후부터이다.

미국이 최초로 수소폭탄 실험을 한 것은 1952년 11월이다. 수소폭탄의 위력은 10메가톤이나 되었지만 너무 크고 무거워서 운반 가능한 폭탄이 아니었다.

운반 가능한 최초의 수소폭탄 실험은 1954년 3월1일 비키니 섬 환초(環礁)에서 미국이 진행한 캐슬 브라보(Castle Bravo) 실험이었다. 당시 실험으로 수소폭탄이 터진 그 순간 직경이 7km 정도에 달하는 화구가 생겨났다. 이 화구는 400km 정도 떨어져 있는 콰저린 환초에서도 볼 수 있을 정도였다. 폭발은 직경 2km, 깊이 76m의 크레이터를 생성시켰다. 버섯구름은 1분 동안 높이 14km, 직경 11km를 유지했으며 그 후에는 높이가 40km, 직경은 100km에 달했다. 이런 위력은 히로시마와 나가사키에 투하된 핵무기와 비교해 1000배 정도나 더 강력했다. 수소폭탄은 막대한 에너지를 방출하지만 다량의 방사성 물질을 뿌리기 때문에 ‘더러운 폭탄’이라는 비난을 받고 있다.

정리/김필재 spooner1@hanmail.net