ABSTRACT
3. 시료채취 및 분석
핵물질 검증을 위한 기술적인 방법은 크게 환경시료 분석과 비파괴 분석(NDA:
Non-Destructive Assay) 및 파괴 분석(DA: Destructive Assay) 두 가지로 크게 구분할 수 있다. 환경시료 분석은 신고한 핵시설과 의심 되는 핵시설에 대한 검증의 중요한 방법이 다. 시설 내부 표면의 입자 시료(swipe), 시설 주변의 토양, 대기, 강, 호수 등의 물, 동·
식물체 등의 일반 환경시료(bulk)를 채취하여 분석하는 두 가지 방법이 있다. 이중 swipe 분석은 IAEA의 주요 분석 방법 중 하나이다. 비파괴 분석은 핵물질을 현장에서 물리적인 변형 없이 방출되는 방사선을 검출하여 분석하는 방법이고, 파괴 분석은 측정 대상인 핵물질을 실험실에서 화학적인 성질을 측정하여 핵물질의 양, 동위원소 조성비 등을 분석하는 방법이다. 비파괴 분석은 파괴 분석에 비해 정밀도는 떨어지나 현장에서 신속하게 결과를 확인할 수 있기 때문에 유용하게 사용되고 있다.
핵프로그램을 진행하면서 아무리 핵시설이나 장치들을 핵물질 누출 없이 완벽하게 가동하더라도 극미량의 핵물질이 공정 외부로 누출될 수밖에 없다. 이와 같이 누출된 핵 물질은 핵시설 내 설비와 장비 표면과 바닥에 쌓이게 되고 이중 일부는 외부로 누출되 어 토양, 식물체, 인공구조물 등에 쌓이거나 대기와 물에 의해 원거리까지 운반된다. 이 와 같이 누출된 극미량의 핵물질은 사람들에 안전에는 큰 위협을 주지 못하는 수준이다.
그러나 과학기술의 발달에 따라 극미량의 핵물질을 대기, 하천, 토양, 핵관련시설 내·외 부에서 채취하여 분석하게 되면 과거 및 현재의 핵 활동을 규명할 수 있게 된 것이다.
따라서 극미량의 환경시료채취 및 분석은 신고한 핵검증과 미신고하거나 부정확한 신고 를 확인할 수 있는 핵심기술이다.
환경시료는 입자시료(swipe)와 일반 환경시료(bulk)로 분류할 수 있는데 입자시료 는 주로 핵관련 시설 및 의심시설 등의 건물 벽, 실험 장비 및 설비, 내부 구조물 등에 서 시료를 채취하고 일반 환경시료는 의심 시설이 존재하는 지역의 대기, 토양, 동식물 체, 개울과 호수의 퇴적토 또는 물 등에서 시료를 채취한다. 환경시료의 분석은 시료 전체를 분석하는 총량분석(bulk analysis)과 시료 내 핵물질 입자들을 선별하여 개별 입자를 분석하는 입자분석(particle analysis)으로 나누어진다. 총량분석은 채취된 시료 전체를 대상으로 분석하며 분석 결과는 시료에 포함되어 있는 물질들의 평균 특성을 나타낸다. 입자분석은 시료 내 핵물질 입자들을 선별하여 개별 입자의 동위원소비 등 을 분석한다. 과거 또는 현재의 핵 활동을 규명하는 데에는 입자분석 방법이 훨씬 더 효과적으로 알려져 있다.
비파괴 분석과 파괴 분석 방법을 이용하여 핵물질을 정량적 또는 정성적으로 분석 할 수 있다. 우라늄농축시설에서는 우라늄 동위원소의 함량 비를 측정함으로써 그동안 생산된 핵물질의 농축도 판단이 가능하고, 단계별 농축 공정에서 시료를 채취하여 각 단계별 농축도를 알 수 있으며 각 단계별 최고의 농축도를 확인하여 과거 설계 기준에 비해 어느 수준으로 가동하였는지를 확인할 수 있다. 또한 재처리시설에서는 우라늄과 플루토늄의 비율, 플루토늄 동위원소의 비를 측정하여 취급한 핵연료의 연소도를 추정 하고, 아메리슘과 플루토늄의 비율을 측정하여 재처리의 시기 및 횟수를 판단한다.
IAEA는 핵물질의 안전한 사용을 검증하기 위한 분석네트워크(NWAL: Network of Analytical Laboratory)를 구축하고 있다.269) 사찰관들이 채취한 입자분석 시료들을 분 석 목적, 분석 방법, 시료 특성 등에 따라 공인된 각국의 분석실험실에 보내져 분석이 되며 중대한 문제를 야기할 수 있는 시료들은 몇몇 국가에 동시에 보내져 교차분석을 하여 신뢰도를 향상시키고 있다.270) 2018년 현재 IAEA로부터 공인된 환경시료 분석실 험실이 9개국에 18개 실험실들로 네트워크를 구축하고 있다.271)
과학기술발전에 따른 기술적 검증 측면에서 북한의 핵검증을 분석해 보면 다음과 같 다. 첫째로 북핵 1차 위기가 발생하게 된 주된 이유가 시료채취 및 분석 때문이었다.
북한이 1992년에 IAEA와 안전조치협정에 서명하고 핵물질 보유량을 90g 이라고 신고 를 하였다. 그 후 북한은 1992년 5월부터 1993년 2월까지 IAEA로부터 6차례의 임시사 찰을 받았다. 이때 시료 분석 결과 북한이 자진 신고한 플루토늄의 추출량, 추출장소, 추출시기에 대한 중대한 불일치(discrepancy)사항이 발생하여 특별사찰을 요구하였으 나 북한이 이에 강하게 반발하여 1993년 12월에 NPT 탈퇴선언을 하게 되고 한반도에 서의 위기가 고조된 것이 북핵 1차 위기이다.272) 이를 분석해 보면 북한이 IAEA의 검 증 능력을 과소평가 했던 것으로 보인다. 북한은 1회만 손상된 폐연료봉에서 플루토늄 을 추출했다고 주장했으나 IAEA에서 환경시료를 채취 및 분석한 결과 핵연료를 재처 리하여 3회 이상 플루토늄을 추출했다고 과학적 분석 결과를 내놓자 매우 곤혹스러워 269) IAEA는 오스트리아 Seibersdorf에 Nuclear Material Laboratory(NML)과 Environmental Sample Laboratory(ESL)과 일본 Rokkasho에 On site Laboratory(OSL)에 3개의 실험실을 두고 핵물질 샘플을 분석하고 있다. https://www.iaea.org/sites/default/files/safeguardslab.pdf(검색일: 2019. 7. 11.).
270) 교차분석이란 신뢰성 있는 분석결과를 도출하기 위하여 동일한 시험 조건과 절차에 의해 시험 결과 분석 능력을 구비한 2개 이상의 실험실에서 분석을 하는 것을 의미한다.
271) https://www.iaea.org/sites/default/files/safeguardslab.pdf(검색일: 2019. 11. 25).
272) IAEA는 환경시료채취 및 분석을 swipe sampling 방법을 적용하였다. 즉, 헝겊이나 페이퍼 타월 등 을 이용하여 핵시설 내의 연구용 테이블, 책상, 책장 등의 가구, 바닥 등의 먼지 등을 채집하여 샘플링 을 하고 이 샘플을 고감도의 질량분석기를 이용하여 분석하였다.
했고 이 결과를 수용하려 하지 않았다.
둘째로 북한은 6자회담 결과 10·3 합의에 이르러 검증의정서(verification protocol) 에 대한 검토 시 여러 다른 항목에 대해서는 동의를 하였지만 유독 입자시료(swipe) 채취 및 분석에 대해서는 강력하게 반대를 하였던 것이다. 핵활동을 분석하는 데에는 입자시료 분석이 탁월한 역할을 하고 있다. 북한의 재처리시설에서 채취한 시료에서는 우라늄/플루토늄, 플루토늄-240/플루토늄-239, 플루토늄-240/플루토늄 등을 측정하여 그 시설에서 취급한 사용 후 핵연료의 연소도를 추정하고, 아메리슘-241/플루토늄-241 의 비를 측정하여 재처리 시기 및 횟수를 정확하게 알아낼 수 있다. 북한은 입자시료 채취 및 분석에 대한 검증이 북한 핵프로그램 개발의 전모를 밝힐 수 있는 핵심적인 기술임을 인식하고 두려워하며 수용을 거부하고 있는 것이다.
향후 시료채취 및 분석 측면에서 중점은 아래와 같다. 첫 번째, 검증의정서에 환경 샘플링 채취 및 분석에 관한 사항이 합의되어 포함되어야 한다. 원칙적으로 북한의 특 정 장소(specific location)와 광역(wide area) 환경에 대한 시료채취 및 분석에 대해 제 한사항이 없도록 해야 한다. 핵시설 내부와 핵시설 주변에서 환경 시료를 채취하여 정 밀분석 함으로써 북한의 과거, 현재, 미래 핵능력과 기술 등을 투명하게 입증해야 할 것이다.
두 번째, 핵물질·핵무기·핵시설에 대한 과학적 분석 방법이 적용되어야 한다. 핵물 질이나 핵무기의 물리적 상태에 대한 변형 없이 분석하는 비파괴 검사와 핵시설 내부 의 물질, 핵물질 및 핵무기의 구성 성분을 정량적으로 정확하게 분석할 수 있는 파괴 검사 등이 허용되어 검사 결과에 대한 신뢰성을 제고시켜야 할 것이다.
제5절 소결론
북한의 비핵화 검증 과정을 기술적 검증 측면에서 분석하였다. 비핵화 이론과 검증 이론에 근거하여 리비아의 핵검증 사례를 토대로 검증 과정, 검증 대상, 검증 수단, 검 증 방법으로 구분하여 북한의 핵검증 과정에 난관이 무엇이었고 이를 극복하기 위한 방안에 대해 연구를 하였다.
먼저, 검증 과정 측면에서 북한의 핵문제가 국제사회에 대두한 이래 남·북한 한반 도비핵화선언, 북·미 제네바 합의, 6자회담 시기까지를 협상, 정보수집 및 분석, 판단 및 대응 단계로 구분하여 연구하였다. 먼저 검증 ‘협상’ 단계에서 남·북한과 미국을 포 함한 6자 회담 참가국까지 북한 핵에 대한 검증의 원칙과 검증의 세부적인 시행방법 면에서 이견이 많아 접점을 찾기 어려웠다. 두 번째로 ‘정보수집 및 분석 단계’에서 북 한 핵에 대한 정보가 제한되어 북한 핵에 대한 실체에 접근하기가 매우 어려웠다. 또 한 북한이 전 세계의 압력과 제재에 못 이겨 임시사찰은 수용하였으나 의심시설에 대 한 UN 안보리의 특별사찰 요구를 끝내 수용하지 않았다. 세 번째로 판단 및 대응과정 에서 핵 신고서와 불일치되는 명백한 기술적 검증 결과에도 북한은 수용하지 않고 NPT 탈퇴를 일방적으로 선언하고 핵개발에 몰두하여 2017년 11월 29일에 핵무장을 스스로 완성했다고 전 세계를 향해 위협을 하고 있다.
두 번째, 검증 대상 측면에서 핵물질, 핵무기, 핵시설, 핵투발수단 등 4가지 분야로 구분하여 기술적 평가를 하였다. 북한의 핵물질은 원자로에서 연료봉을 인출하고 재처 리하여 획득한 플루토늄이 40∼50㎏, 천연 우라늄을 농축하여 획득한 고농축우라늄 (HEU)은 수백 ㎏ 정도로 추산되고 있다. 핵무기는 원자탄과 증폭핵분열탄은 개발하였 고 수소폭탄의 기술적 능력을 완성해 나가고 있다고 보고 있고 핵탄두는 최소 18개에 서 최대 80개 정도를 보유하고 있는 것으로 예상하고 있다. 북한이 핵시설을 외부에 공개한 것은 1992년과 1993년 사이에 IAEA 임시사찰 수용과 1994년 북·미 제네바 합 의에 의해 핵동결과 경수로 건설로 인한 외부인 출입 허가, 2007년 6자회담의 10·3 합 의에 따라 불능화 조치를 위한 외부인 출입 허가, 2010년도 미국의 헤커 박사에게 농 축우라늄시설 공개, 2018년도 풍계리 핵 실험장 폭파 시 외신 기자 초청 등에 불과하 다. 북한은 6차례의 핵실험을 통해 수소폭탄까지 개발했다고 하고 핵시설 종사 전문인 력을 체계적으로 양성하여 핵강국을 이루었다고 공언하고 있다. 따라서 미공개 및 의 심시설인 영변 외의 농축우라늄 시설, 핵무기 연구·제조·저장 시설, 수소폭탄 원료 물 질인 중수, 삼중수소, 리튬(Li-6) 생산 시설에 대한 기술적 검증이 필요하다. 핵투발수