북한 영변 핵시설 사진

 

                                                                                               평안북도 영변(寧邊) 핵 시설 위성 사진

 

 

영변 원자력 연구소(寧邊原子力硏究所, 영변원자력연구소)는 북한 평안북도 녕변군에 있는 원자력 연구소이다. 평양에서 북쪽으로 103km 떨어진 곳에 있는 이 연구소는 북한에서 가장 큰 핵시설이 들어서 있다 북한 최초의 원자로도 있다

                                                                                                       영변 원자력 연구소(사진)

1.녕변 원자력 연구소(寧邊原子力硏究所, 영변원자력연구소) 역사

1953년 3월 소련과 원자력 평화적 이용 협정을 체결한 북한은, 1962년에 영변 원자력 연구소를 설치 하였다. 1963년 6월에는 2메가와트급 소형 연구용 원자로인 IRT-2000을 소련에서 도입, 영변 연구소에 설치하였다.

5메가와트급 원자로는 1980년에 공사가 시작되었으며, 1985년 원자로가 가동되기 시작하였다.

영변에는 전기생산을 위한 프로토타입인, 50메가와트급 마그녹스 원자로 건설부지도 있다. 이 원자로 건설은 1994년에 중단되었다.

풀스케일인 200메가와트급 마그녹스 원자로는 태천군에서 건설중이었다. 태천군은 영변에서 20 km 북쪽에 위치하고 있다. 200메가와트급 원자로도 1994년에 공사가 중단되었다.

2007년 2월 13일 화요일, 6자 회담에서의 합의에 따라, 북한은 핵재처리 시설을 포함한 영변 원자력 시설을 가동중단하고 봉인 조치했다. 그리고, IAEA의 확인을 받았다. 이에 상응하는 조치로, 북한은 5개국으로부터 5만 톤의 중유를 공급받았다.

2008년 6월 27일 금요일, 북한은 영변(녕변) 원자력 연구소를 가장 시각적으로 상징하고 있는 냉각탑을 폭파했다. 폭파에는 많은 외국 언론인과 외교관들이 참석했다.

 

 

                                                                                            냉각탑 폭파 장면

냉각탑: 냉동기의 응축기에서 냉매의 응축에 사용하는 냉각 용수를 실외 공기와 직접 접촉시켜 차게 식히는 일종의 열교환 장치

 

2.주요 시설

(1)연료 제작 플랜트

(2)5 MWe 급 실험용 원자로

 

                                                                                            영변의 5 MW급 원자로의 모습

이런 원자폭탄을 만들기 위해서는 재료가 되는 농축 우라늄235나 플루토늄239를 일정량 이상 확보해야 한다. 처음 기폭을 통해 생긴 중성자의 속도는 대단히 빨라 우라늄(혹은 플루토늄)이 충분하지 않으면 원자핵과 충돌하지 못한 중성자가 순식간에 사라져 연쇄핵분열이 일어나지 않기 때문이다. 예전에 원자폭탄을 만들기 위한 최소량은 93.5%로 농축된 우라늄235이 52㎏, 혹은 93.5%로 농축된 플루토늄239이 11㎏이었다. 그런데 기술이 발달하면서 이 수치는 줄어들었다. ‘베릴륨 중성자 반사장치’를 사용할 경우 최소량은 우라늄 15㎏, 플루토늄 6.1㎏으로 줄어든다.

그럼 우라늄과 플루토늄은 어떻게 농축할까? 천연우라늄 광석에는 우라늄238(99.3%)과 핵폭탄 원료로 쓰는 우라늄235(0.7%)이 섞여있다. 따라서 원자폭탄을 만들려면 우라늄235를 농축하는 기술이 필요하다. 가장 대표적인 방법은 원심분리기를 사용해 무게 차이가 나는 우라늄238과 우라늄235를 분리하는 원심분리법이다. 전문가에 따르면 핵무기를 만들 수 있는 최소량인 15㎏의 우라늄235를 얻으려면 100여개의 원심분리기를 5년간 풀가동해야 한다고 한다.

플루토늄239는 이보다 쉽게 얻을 수 있다. 원자로의 폐연료봉을 재처리하는 ‘퓨렉스법’이라는 공정으로 얻는다. 핵연료봉을 잘게 잘라 질산으로 연료부분을 녹인 후 인산트리부틸이라는 용매로 플루토늄을 추출한다. 원자력센터 강정민 박사는 “북한이 보유하고 있는 폐연료봉 8000개는 재처리시설을 통해 133일이면 22.5~27㎏의 플루토늄239를 만들 수 있다”고 했다.

농축 우라늄이나 플루토늄을 확보한 것만으로 원자폭탄이 되는 것은 아니다. 원자폭탄을 만들려면 이들이 동시에 연쇄반응을 일으켜 터지도록 설계해야 한다. 기폭장치와 연료의 배치 등의 설계가 원자폭탄을 만드는 핵심기술이다. 특히 플루토늄탄은 플루토늄 자체에서 중성자가 다량으로 방출되기 때문에 이를 제어하는 기술이 필요해 우라늄탄보다 만들기 어렵다. 또 수차례의 핵실험을 거치면서 정교한 보정이 있어야 제조가 가능하다고 한다.

원자폭탄의 소형화도 중요한 과정이다. 폭탄은 일반적으로 장거리탄도미사일에 장착돼 목표지점까지 날아가는데 작게 만들어야 미사일에 핵탄두를 장착할 수 있기 때문이다. 원자폭탄이 작아질수록 동시에 기폭하기가 더 까다로워 만들기 어렵다고 한다. 전문가들은 “북한에는 아직 이런 기술이 있다고 보기 힘들다”며 “이번 북한 핵실험의 위력은 TNT 500톤 정도로 설계에 문제가 있어 일부만 터졌을 가능성이 높다”고 했다. [석탄 생산지역에서 천연 우라늄 광석 발견->고농축 우라늄과 원자로 가동으로 플루토늄 확보(무기화)->핵폭탄->소형 핵폭탄->핵탄두 개발] 

 

원자로와 원자폭탄(핵폭탄)

ㄱ.미국
(ㄱ)1942년 12월 2일 미국정부, 세계 최초의 원자로 운전
(ㄴ)1945년 7월 16일 미국 뉴멕시코주 앨러모고도 사막에서 세계 최초의 원자폭탄 실험 성공
--->원자로만 완성되면 원자폭탄 개발로 알려짐

ㄴ.구(舊)소련
(ㄱ)1946년 12월 24일 소련정부 원자로 완성
(ㄴ)1949년 8월 26일 소련정부 제1차 원자폭탄 실험 성공
--->원자로만 완성되면 원자폭탄 개발로 알려짐

(3)다 쓴 핵연료의 단기적 저장시설

(4)다 쓴 핵연료를 핵재처리하는 시설. PUREX 공법으로 플루토늄을 생산하는 시설.

영변 원자력 연구소는 1963년 6월, 2메가와트급인 IRT-2000 스위밍풀형원자로(SPR)를 설치, 1965년까지 운용하였다. 이 원자로는 소련으로부터 연료를 공급받지 못해서, 지금은 단지 갑상선암을 방사선 치료하는데 쓰이는 Iodine-131을 생산하는데나 가끔씩 운용되고 있다. 흑연을 감속재로 사용하는 5메가와트급 원자로는 우라늄 농축을 전혀 하지 않은 핵연료를 사용하지만, 경수를 감속재로 사용하는 2메가와트급 원자로에는 우라늄 농축도가 80%나 되는 핵연료를 사용하였다.

 

3.논란

(1)방사능 오염 의심

영변 핵시설을 둘러본 존 B. 울프스달 전략국제문제연구소(CSIS) 국제안보담당 선임연구원은, “영변 핵시설은 방사능에 오염된 허물어진 시멘트 고물집합소다. …미국이라면 강제로 시설을 폐쇄했을 만큼 오염도가 심하다. 미국 기술진은 방사선 노출량을 알려주는 ‘보호장비’와 보호복·마스크·모자·장갑을 착용해야만 이곳에 들어갈 수 있을 것”이라고 말했다. 한편 영변지역 주민들의 수명이 평균 50세 전후이며, 불임이나 기형아 출산 등의 사례도 많다는 전언이 있다

(2)플루토늄 생산 의심

한국, 미국 등 서방에서는 원래 영변이 민간용 전력생산용 원자력 시설이 아니라, 군사용 핵무기 개발을 위한 시설이라고 보기 때문에, 새로운 원전을 "새로운 위협"으로 보고 있다. 원전의 폐연료봉을 영변 플루토늄 재처리시설에서 재처리를 하면, 핵무기용 플루토늄이 대량으로 생산될 수 있다.

6배 출력이 적은 영변 5메가와트 원자로에는 8000개의 핵연료봉이 장전된다. 3년간 사용된 후에 폐연료봉이 된다. 영변 플루토늄 재처리시설에서 8000개의 폐연료봉에서 최저 33 kg, 최대 53 kg의 플루토늄을 추출할 수 있다. 하루 폐연료봉 0.5톤을 재처리할 수 있으며, 모두 재처리하는데는 100일이 걸린다.

NRDC의 핵군축 담당 수석 과학자인 토마스 코크란 박사는 고급기술시 3 kg, 중급기술시 3.5 kg, 저급기술시 6 kg의 플루토늄이면 히로시마 핵폭탄에 해당하는 TNT 20kt급 핵폭탄 한 개를 제작할 수 있다고 말한다.^[5] 즉, 8000개의 폐연료봉에서 100일만에 최대 17개의 히로시마 핵폭탄을 제작할 수 있는 설명이다. 미국, 한국 등의 정보당국에서는 조선민주주의인민공화국이 저급기술만을 가졌을 것으로 가정하여, 6발 정도 생산가능하다고 추정한다.

그러나, 언론등에서 자주 보도되는 이러한 추정결과는 히로시마 핵폭탄인 TNT 20Kt급 핵폭탄만을 이야기하는 것이며, 토마스 코크란 박사의 보고서에 따른다면, 고급기술시 1 kg, 중급기술시 1.5 kg, 저급기술시 3 kg의 플루토늄이면 TNT 1Kt급 핵폭탄을 만들 수 있다고 보기 때문에, 최대가정인 53 kg의 플루토늄에, 최대가정인 고급기술로 본다면, 53발의 TNT 1Kt급 핵폭탄을 만들 수 있다.

영변 5메가와트 원자로가 6배 출력이 적다는 점을 감안하면, 영변 30메가와트 원자로에서 생산가능한 플루토늄의 양을 추정할 수 있다. 참고로, 한국의 APR-1400은 전기출력 1400메가와트로, 영변 30메가와트 원자로의 46배 출력이다.

 

3.북한 핵무기 수준

북한 핵무기수준은 핵탄두 개발까지는 이르지 못했다 재래식 핵폭탄 15-20개 정도가 전부다 미사일의 경우 750kg 탄두로 최대 4,000km까지 날아가는 중거리 미사일을 보유하고 있다 이외 최근 잠수함용 탄도미사일이 개발됐다 잠수함도 1척 제작된 가운데 현재 또 한척이 제작되고 있다 2020년도까지 북한은 디젤 잠수함 2척 제작을 완수할 계획이다 사격 거리 3천 미터에 각각 미사일 2개씩 장착될 예정이다 이 미사일용 핵탄두 개발작업을 완수하기 위해서는 최소 2020년도까지 핵실험 1개가 수행되어야 한다
-재래식 핵폭탄 포기냐 핵탄두 개발이냐

-원자로 가동으로 플루토늄 재래식 핵폭탄 개발이 이익인가 원자로 발전소 가동으로  전력확보와 경제개발이 이익인가 논쟁