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북한이 공개한 고농축우라늄(HEU) ‘원심분리기’는 무엇?

비중 차 이용해 우라늄235를 농축


북한이 고농축우라늄(HEU) 제조에 사용될 수 있는 ‘원심분리기’ 2000개를 설치해 가동 중이라는 소식이 전해지면서 한국과 미국 정부 당국이 비상이 걸렸다.

원심분리기는 핵무기 제조에 필요한 우라늄 농축장치를 뜻한다. 전문가들은 연간 핵무기 1개(농축우라늄 20kg 기준)를 만들기 위해서는 원심 분리기 1000대가 필요하다고 보고 있다.




● 원심분리기는 무엇?


일반적으로 원심분리기는 여러 물질들이 섞여 있는 용액을 빙빙 돌려 용액에 담긴 갖가지 물질을 여러 층으로 분리하는 장치다. 비중에 차이가 있는 여러 물질이 섞여 있을 경우 무거운 물질이 더 큰 원심력을 받는 원리를 이용한 것이다.

핵무기에 쓰이는 원심분리기도 마찬가지다. 회전 원심력을 이용해 핵무기에 필요한 우라늄235(U235)를 농축하는 장치다. 우라늄 광석에는 가벼운 우라늄 U235가 약 0.7%만 들어 있다. 나머지는 무거운 우라늄238(U238)이다. 이 중 가벼운 U235이 더 불안정하기 때문에 핵분열 반응이 보다 쉽게 일어난다.

따라서 핵무기 제조를 위해서는 원심분리기로 U235와 U238를 분리해야 한다. 분리를 반복해서 U235를 계속 걸러내면 U235가 90% 이상 모인 고농축 우라늄을 만들 수 있다. 이 과정을 핵농축이라 한다.

지난주 북한을 방문한 미국의 핵 전문가 지그프리드 헤커 스탠퍼드대 국제안보협력센터 소장이 봤다고 전한 원심분리기는 고농축우라늄(HEU) 제조에 사용될 수 있는 시설이다.

 

 



 



● 핵무기와 원심분리기


우라늄 농축에는 원심분리법 외에도 기체확산법, 레이저분리법, 화학교환법, 전자분리법 등 다양한 방법이 쓰이고 있다. 이 중 기체확산법이 주요 핵보유국들이 핵무기 제조에 주로 사용하는 방법이지만, 북한은 원심분리법을 선택한 것으로 보인다.

핵무기의 종류에는 고농축우라늄으로 만드는 우라늄탄 외에도 이미 북한이 보유하고 있다고 주장하는 플루토늄탄도 있다.

플루토늄탄은 사용후 핵연료를 사용한다. 천연상태의 우라늄을 농축한 뒤 플루토늄(Pu-239)이 함유된 핵연료봉을 만들고, 이를 원자로에서 가동한 뒤 꺼낸 것이 사용후 핵연료다. 플루토늄탄은 이 사용후 핵연료에서 플루토늄만을 따로 추출하는 재처리 과정을 거쳐 만들어진다.

이처럼 플루토늄탄 제조를 위해서는 원자로 가동과 핵연료봉 냉각, 핵물질 추출이라는 복잡한 여러 단계를 거쳐야 한다. 원자로와 재처리시설을 가동하고, 냉각탑 등의 시설이 필요해 외부에 노출될 가능성이 높다.

이에 비해 우라늄탄은 지하 소규모 공간에서 원심분리기를 가동해 제조가 가능하고, 무게도 가볍게 할 수 있어 이동이 편리하다. 따라서 정찰위성을 통한 포착이나 추적이 쉽지 않다.

 

 

 

 



서영표 동아사이언스 기자 sypyo@donga.com



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