ABSTRACT
3. 과학적 시료채취 및 분석
또한 과학기술의 발달과 함께 다영역에서의 검증 기술을 지속적으로 발전시켜 나가 야 한다. 기존 IT에서 취급하던 데이터가 1차원 정보라면 정지 영상은 평면으로 구성 되는 2차원 데이터가 되고, 동영상 데이터는 3차원 데이터이다. 군의 정보 자산인 인공 위성, 항공기, 무인기 등의 다양한 수단을 이용하여 정보를 획득할 수 있으며 획득 센 서에 따라 데이터의 특성과 포맷이 다양하다. 이 MMF(Multi Model and Format) 데 이터는 목표 대상물과 센서 간의 기하학적 관계, 다양한 파라미터, 센서의 특징, 기상 조건 등에 따라 다르게 얻어지고 있다. 현재 한국군이 운용하고 있는 군사정보통합처리체 계(MIMS: Military Intelligence Management System)는 다차원적인 영상정보수집수단으 로부터 수집되는 고용량의 영상데이터에 대한 자동화된 통합 분석 기술이 반영되어 있 지 않기 때문에 이를 자동화 처리하는 표준화된 플랫폼 개발이 필요하다.320) 또한 한 국은 2021년까지 합성개구레이더(SAR)위성, 전자광학(EO)·적외선(IR) 위성 등 군사 정 찰위성을 보유하고자 하는 ‘425사업’을 추진 중이다.321) 그러나 이 사업도 정찰위성 운 영 주체를 두고 국방부와 국가정보원, 개발 주체를 두고 국방과학연구소와 항공우주연 구원 등으로 의견이 대립하여 계속 지연되고 있다. 따라서 국방부 주관으로 일원화된 개발과 운영 체계를 갖춰 운영할 수 있도록 법적 근거도 마련하여 추진함으로써 기술 집약적 검증 방법의 발전을 도모하여야 할 것이다.322)
구(WTO) 가입국 간에 핵무기와 재래식 무기에 관한 군비통제조약이 체결되고 조약 준수에 대한 여부를 검증하게 되었다. 과학기술의 발달이 인류를 멸절시킬 수 있는 대 량살상무기의 개발도 가능하게 하고 이에 대한 제재와 통제를 하게 하는 검증도 견인 하였다는 것은 매우 아이러니한 사실이다.
핵검증의 대상이 되는 핵물질, 핵시설, 핵무기, 핵투발수단에 대한 과학적 검증 기 술은 비약적으로 발전하였다. 예를 들어 설명하자면 가로, 세로, 높이 10m의 풀장 50 개를 가득 채운 물 안에 눈물 1방울을 찾아내는 수준의 정밀하고 과학적인 분석기술을 IAEA와 미국 등 일부 국가들이 보유하고 있다. 먼저, 핵물질 검증을 위한 분석 기술 은 비파괴 분석과 파괴 분석 기술로 구분할 수 있다.323) 비파괴 분석 기술은 측정 대 상인 핵물질의 물리적 변형 없이 핵물질에서 방출되는 방사선을 검출하여 핵물질의 양, 농축도 등을 검증하는 기술이다. 핵물질이 붕괴하면서 방출되는 감마선이나 중성자 또는 붕괴열을 측정하여 핵물질을 분석하는 방법으로 정밀도는 떨어지나 사찰 현장에 서 측정 결과를 즉시 알 수 있는 장점이 있어 유용하게 사용되고 있다. 비파괴 분석 방법에는 수동적 방법(passive assay)와 능동적 방법(active assay)이 있다. 수동적 방 법은 핵물질 자체의 붕괴 특성에 따라 방출되는 고유 방사선(감마선, 중성자)을 직접 신호로 이용하는 방법이고, 능동적 방법은 핵물질의 외부에서 감마선이나 중성자를 조 사(照射, irradiation)하여 핵분열을 유도한 후 방출되는 2차 감마선이나 중성자를 측정 하는 방법이다. 감마선 측정 장비는 대부분의 핵물질에서 감마선을 방출하는데 핵물질 의 종류에 따라 방출되는 감마선의 에너지와 세기의 차이가 있으며 이러한 감마선의 차이를 판독하여 핵물질의 종류, 양, 농축도, 동위원소 비율 등을 측정할 수 있는 장비 이다. 중성자 측정 장비는 핵물질이 자발적인 핵분열(spontaneous fission)과 유도 핵 분열(induced fission) 시 중성자를 방출하게 되는데 이 중성자를 계측하는 장비이다.
파괴 분석 기술은 측정대상의 핵물질 일부 또는 시설 주변의 환경시료를 채취하여 실 험실에서 시료의 화학적 성질을 측정하여 핵물질의 양 또는 동위원소비 등을 검증하는 기술이다. 즉, 플루토늄과 우라늄의 비율로 핵물질 신고량과 핵물질 사용양의 일치 여 부를 확인할 수 있고 플루토늄 동위원소의 비율로 핵 연료봉 재처리 가동 이력을 알 수 있으며 우라늄의 동위원소 비율로 우라늄의 농축도를 확인할 수 있다. 고체 및 액 체 형태의 물질에 대해 적용할 수 있는 정밀한 분석 방법이다. 일반적으로 파괴 분석 은 ① 시료채취, ② 화학적 상태의 안정성을 유지하기 위한 조치, ③ 포장, 봉인 및 시
323) 한국원자력통제기술원, 앞의 책(2011), pp. 46-66.
료평가 부서로 송부, ④ 공인된 시료분석기관에서 분석, ⑤ 분석 결과에 대한 평가 순 으로 실시된다. 분석 기법에는 연소중량법, 엑스레이 형광분석법, 질량분석법 등이 있 다.
두 번째, 환경시료 분석 기술은 신고한 핵 활동의 검증 및 미신고 핵 활동 감시에 중요한 기술이다. 특히 핵시설 및 주변시설에서 시료를 채취하여 분석하는 기술은 과 거의 핵 활동을 확인할 수 있는 매우 기술집약적인 기술로 인정받고 있다. 핵관련 시 설의 설비 표면, 시설 주변 또는 의심 지역의 토양, 식물, 물 등의 시료를 채취하여 분 석한다. 특히 북한의 미 공개된 농축우라늄 시설의 존재 여부를 확인하기 위해서는 의 심지역 또는 광역 환경시료채취 및 분석이 필수적이다. 과학기술의 발달에 힘입어 극 미량의 환경시료로 핵시설의 과거와 현재의 핵 활동을 규명할 수 있게 해준다. IAEA 의 안전조치(safeguard)는 환경시료로 입자시료(swipe)와 일반 환경시료(bulk)로 구분 하고 있다. 입자시료는 핵관련 시설 및 의심 시설 등의 건물 벽, 창틀, 실험 장비, 내부 구조물 등에서 채취하고 일반 환경시료는 의심 시설이 존재하는 시설 주변 지역에서 토양, 동·식물체, 바다와 강의 물, 또는 퇴적물, 대기 등에서 시료를 채취하여 분석을 실시한다.
세계 핵사찰 시료 정밀분석기관인 ‘국제원자력기구 국제사찰시료분석실 네트워크 (IAEA NWAL)’에서 인증을 부여하는 3대 분석분야가 있다. 첫 번째는 전체 핵물질의 양과 동위원소비를 분석하는 총량분석이고 두 번째는 시료에 중성자를 쏜 뒤 입자의 변화를 통해 핵물질의 존재를 파악하고 재처리 여부를 알아내는 열이온화질량분석이 있으며 세 번째는 세슘 등 물질을 쏴 후속 반응을 통해 핵물질 및 동위원소비를 찾는 이차이온질량분석이 있다. 핵사찰 시료분석은 핵시설 주변에서 채취한 먼지 등의 시료 에 포함되어 있는 극미량의 핵물질을 검출하고 분석하는 기술이다. 일반 가정의 공기 보다 1만 배 이상 깨끗한 반도체 생산 공정 수준의 실험실을 구비한 시설에서 과학수 사를 하듯 핵실험, 핵농축, 재처리 여부를 검증할 수 있는 핵심적이고 필수적인 과학적 분석 방법이다.324) 2018년 6월에 한국원자력연구원은 상기 3대 분야의 인증을 IAEA로 부터 받은 바 있어 한국의 기술집약적 검증 분석 수준도 세계적인 수준을 유지하고 있 다.
324) 2018년 6월 19일 한국원자력연구원(KAERI: Korea Atomic Energy Research Institute)은 프랑스 원 자력 및 대체에너지 위원회, 일본 원자력연구개발기구에 이어 세계 세 번째로 핵사찰 시료분석기술 3대 분야 인증을 모두 획득하였다고 밝혔다. ｢IAEA도 인정한 원자력硏 핵검증 능력｣, 동아일보 , 2018년 8월 20일.
과학적 시료채취 및 분석을 위한 기술집약적인 정밀분석 장비 및 분석방법은 아래
<표 5-9>와 같다.
<표 5-9> 핵물질 정밀분석 장비 및 방법
구 분 기기 명칭 또는 분석 방법 주요 용도 비 고
비 파 괴 분 석
Hand-held Assay Probe (HM-5) 우라늄, 플루토늄 및 기타
동위원소의 존재에 대한 정량적 측정
감마선 측정 장비 I 2000 Multichannel Analyser (IMCA) 우라늄농축, 사용후 핵연료,
플루토늄 동위원소 조성 검증 Miniature Multichannel Analyser
(MMCA) 우라늄농축 및 사용후 핵연료 검증
High Level Neutron Coincidence
Counter (HLNC) 20∼2,000g 시료내의 플루토늄 확인
중성자 측정 장비 Inventory Sample Counter (INVS) 0.1∼300g 시료내의 플루토늄 확인
Active Well Coincidence Counter (AWCC)
고농축 우라늄 내의 우라늄 235 확인
Uranium Neutron Coincidence Collar (UNCL)
저농축 우라늄 내의 우라늄 235 확인
파 괴 분 석
NBL Davies 및 Gray 적정법 우라늄 원소분석
원소 및 동위원소 분석 방법 MacDonald 및 Savage 적정법 플루토늄 원소분석
파장 분석 X선 형광분석법 우라늄, 플루토늄 원소분석
열이온화 매스 스펙트로 질량분석법 우라늄, 플루토늄 동위원소 분석
환 경 시 료 분 석
Low-Background High-Resolution Gamma Spectrometry (HRGS)
세슘(134, 137), 아메리슘(241), 플루토늄(238, 239, 240, 241) 분석
입자 시료 분석 장비 Thermal Ionization Mass
Spectrometry (TIMS) 우라늄, 플루토늄과 그 동위원소 분석 Alpha Spectrometry 우라늄(234, 238), 플루토늄(238, 239,
240) 분석
Titrationα, γ-spectroscopy β-counting 토양의 우라늄, 플루토늄, 세슘,
스트론튬 및 기타 방사성 핵종 분석 광역 환경 시료 분석 방법 Gas-chromatographyα, γ-spectroscopy
β-counting 기체 및 분진의 방사성 핵종 분석
Liquid-chromatographyα,γ-spectroscopy
β-counting 액체 및 부유물의 방사성 핵종 분석
* 출처 : 한국원자력통제기술원, 북한의 핵프로그램과 검증 , 2011, pp. 47-60 을 참고하여 필자가 재작성.
제6장 결 론
본 연구의 목적은 북한 비핵화 달성에 최대 난관이 되고 있는 검증 과정에 영향을 미치는 요인과 첨단과학기술을 적용한 기술적 수단과 방법으로 북한의 핵물질, 핵무기, 핵시설, 핵투발수단 등 모든 검증 대상에 대해 효과적으로 확인하는 기술적 검증 측면 의 분석과 그 적용방안에 관한 연구이다.
북한의 비핵화를 이루는데 많은 전문가들이 가장 어려운 과제중의 하나로 검증을 지 목하고 있다. 북한이 비핵화 협상에 원칙적인 합의를 했더라도 그 이행 과정은 결코 순 탄하지가 않을 것이다. 먼저 검증의정서에 검증 원칙, 검증 대상, 검증 수단, 검증 방법 등에 관한 세부적인 사항에 합의하고 진정성 있는 실천 행위가 있어야 비핵화 목표에 도달할 수 있을 것이다. 북한의 비핵화를 이루는 모든 과정에 검증이 이루어져야 한다.
본 연구의 시작은 3가지 문제의식으로부터 출발하였다. 첫째, 지난 30여 년간 북한 비 핵화를 추진하는 과정에 어떤 장애물과 난관이 있었는가? 둘째, 북한 비핵화 검증에 영 향을 미치는 요소는 무엇인가? 셋째, 기술적 검증의 효과적인 적용방안은 무엇인가? 이 었다. 이 문제제기로부터 그동안 비교적 연구 결과가 많이 있어 왔던 정치적 측면의 검 증보다는 연구가 미진한 기술적 검증 연구에 중점을 두었다.
본 연구를 통해 검증에 관한 유의미한 연구 결과를 아래와 같이 도출할 수 있었다.
첫째, 30여 년 넘게 북한 비핵화에 실패한 근본적인 원인이 검증의 벽을 넘지 못했음에 있음을 알 수 있었다. 남북 간, 북·미 간, 6자 회담 참여국 간에 수많은 합의와 성명이 이 행 과정에서 중단되고 파국을 맞고 한반도의 긴장이 고조되는 상황이 왜 반복이 되어 왔는지에 대한 분석을 하였다. 북한 비핵화 달성의 결정적 난관은 검증 문제였다. 핵검 증의 대상과 범위 제한, 검증 수단의 기술과 장비의 사용 제한, 검증 방법에 있어서 특별 사찰과 환경시료의 채취 및 분석에 대한 북한의 거부로 더 이상 진전이 없었다. 특히 기 술적 검증 결과에 대해 북한이 전혀 인정하지 않았고, 국제사회의 추가적인 규명 의혹을 위한 검증을 거부하였기 때문에 북한의 비핵화는 실패할 수밖에 없었다는 사실을 알 수 있었다.
둘째, 검증 분야에서 기술적 검증의 효용성을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 기술적 검증은 검증 과정, 검증 대상, 검증 수단, 검증 방법으로 구성이 되어 있다고 보았다. 즉 검증 과정은 협상, 정보수집 및 분석, 판단 및 대응 단계로 구분하여 분석하고 검증 대상 은 핵물질, 핵무기, 핵시설, 핵투발수단 등으로 구분하였다. 검증 수단은 국가기술수단 및