핵무기

핵무기(nuclear weapon)는 원자핵의 분열반응 또는 융합반응으로 발생하는 방대한 에너지를 살상 및 파괴효과에 이용하는 무기를 총칭한다.

핵무기는 사용 목적, 폭발 위력, 투발 수단 등에 따라 전략핵무기와 전술핵무기로 구분할 수 있다. 전략핵무기는 전쟁 목적과 전략 목표를 달성하기 위해 사용되며 메가 톤급 위력을 갖고 있으며 전략핵폭격기, SLBM, ICBM의 3축체계(nuclear triad)에 의 해 투발된다. 전술핵무기는 주로 전술적인 목적을 달성하기 위해 사용되며 폭발 위력 은 15kt의 표준탄급 또는 그 이하이며 투발수단으로 항공기, 미사일, 야포 등이 사용된 다.¹⁷⁸⁾

또한 핵무기는 기술적으로 원자폭탄(atomic bomb), 증폭핵분열탄(boosted fission bomb), 수소폭탄(hydrogen bomb), 코발트탄, 중성자탄 등으로 구분한다. 핵무기의 기 술적 분류는 <표 4-9>과 같다.

<표 4-9> 핵무기의 기술적 분류

구 분 특 징

원자폭탄 •플루토늄탄 : 핵물질로 플루토늄(Pu-239)를 사용

•우라늄탄 : 핵물질로 고농축우라늄(U-235)를 사용

증폭핵분열탄

•핵분열 폭탄의 핵분열 물질 중심부에 소량(수십∼수백 g)의 핵융합 물질(중수소와 삼중수소 또는 중수소와 리튬(Li-6))을 채워 핵분열반응 으로 인한 고온으로 핵융합 반응 유도

•핵융합 반응으로 생성된 다량의 고에너지 중성자가 주위의 핵분열 물질과 반응하여 핵분열탄 위력의 2∼5배의 폭발력을 가짐

수소폭탄

•기폭형 원폭(1차 폭탄)에서 핵분열 시 발생된 X선이 방사 내폭 (Radiation implosion)이라는 과정을 통해 핵융합 연료 패키지(2차 폭탄)를 압축시키면 2차 폭탄의 중앙에 있는 핵분열 물질이 폭발하여 생기는 고온(5천만∼1억 ℃)을 이용해 핵융합 반응 유도

코발트탄

•코발트-59가 중성자를 흡수하여 코발트-60이 되고, 다시 안정된 핵종 니켈 60으로 붕괴되면서 방사선을 방출하는 탄

•코발트탄의 반감기가 5.27년으로 장시간 방사능 피폭 야기 중성자탄

•수소폭탄 자폭용으로 사용되는 원자폭탄 대신 고폭탄두를 사용하고 핵물질을 제거한 형태의 탄

•투과성이 높은 중성자를 통해 시설 내부의 인원살상에 효과적임

* 출처 : 신인균, ｢북한 핵개발의 성격 규명과 군사적 대응의 적실성｣, 경기대학교 박사 학위 논문, 2014, p. 177 참조하여 재작성.

178) 박재완, 앞의 논문(2016), pp. 53-54.

핵무기는 핵반응의 방식에 따라 핵분열무기와 핵융합무기로 구분하기도 한다. 원자 폭탄은 핵분열무기로 증폭핵분열탄과 수소폭탄은 핵융합무기로 각각 구분할 수 있 다.¹⁷⁹⁾ 핵분열무기는 핵폭발 구동장치에 따라 포신형(gun type)과 내폭형(implosion type)으로 각각 구분한다. 1945년 일본 히로시마에 투하된 핵무기는 포신형 이었으며 나카사키에 투하된 핵무기가 내폭형 이었다. 핵융합무기는 중수소(deuterium)와 삼중수 소(tritium)가 융합 반응을 하여 헬륨과 중성자를 생성하면서 막대한 에너지를 발생시 킨다. 증폭핵분열탄과 수소폭탄의 차이는 중수소와 삼중수소 또는 중수소와 리튬(Li-6) 사이의 핵융합 반응에서 발생하는 중성자만을 이용하는 것이 증폭핵분열탄이고 핵물질 의 융합 반응으로 생성되는 대량의 에너지를 이용하는 것이 수소폭탄이다.

핵무기 제조 기술은 일반적으로 세 가지로 구분할 수 있다. 첫째는 핵무기 설계 기 술이고, 두 번째는 핵무기 부품 제조 기술이며 세 번째는 안전·장전·신관·점화(SAFF:

Safing Arming Fusing Firing) 체계 기술이다.¹⁸⁰⁾

첫 번째, 핵무기 설계 기술이다. 고폭장약 및 추진체의 특성과 설계, 중성자원 (neutron source) 설계, 적절한 시간에 연쇄반응을 유도하는 설계, 핵분열 무기와 핵융 합 무기의 설계, 고폭장약 점화를 위한 기폭장치 설계, 전기 신호를 동시에 발생시키는 점화장치 설계 기술 등이 필요하다.

두 번째, 핵무기 부품 제조 기술이다. 핵물질 이외에도 수천 종류의 많은 비핵 부품 을 제조하는 기술이다. 즉, 핵무기를 통합적으로 조립하는데 필요한 장비, 핵무기 외형 을 가공하는 금속 가공장비, 원심분리기를 가공하는 기계, 티타늄·니켈·알루미늄 등의 금속을 얇게 가공하는 성형 장비, 플루토늄과 농축우라늄의 가공에 필요한 초고온 히 터, 방사성 물질을 안전하게 취급할 수 있는 로봇 공정, 기타 고열 프레스, 원심 모터, 고속 엑스레이 카메라 시스템 기술 등이 필요하다. 핵부품을 생산하는 공정은 매우 정 확하고 정밀한 크기와 중량, 측정값을 요구하므로 자동화 체계에서 작동되는 가공 및 조립 공정에서 대부분이 이루어진다.

세 번째, 안전·장전·신관·점화(SAFF) 체계 기술이다. 핵무기는 안전하게 저장되고 필요시에는 저장 장소로부터 의도하는 장소로 이송되어 요망하는 시간과 장소에서 정 확히 폭발해야 한다. 세부적으로 살펴보면 안전(safing) 기술은 핵탄두가 어떠한 환경 의 조건하에서도 핵폭발 없이 안전하게 저장 및 관리되도록 하는 기술이다. 장전 (arming) 기술은 핵무기를 원하는 시간과 장소에서 폭발시킬 수 있도록 사용가능한 동 179) 권태영·노훈·박휘락·문장렬, 북한 핵·미사일 위협과 대응 , 경기 성남: 북코리아, 2014, p. 60.

180) 함형필, 앞의 논문(2006), pp. 250-258.

작 상태에 위치시켜 두는 기술이다. 신관(fusing) 기술은 핵무기 기폭을 위한 조건을 탐지하여 핵무기의 위력을 최대한 발휘하도록 해주며 고폭 장약의 기폭을 시작으로 점 화 장치에 신호를 제공해 주는 기술이다. 점화(firing) 기술은 핵 기폭장치로 전기 또는 열에너지를 정확한 타이밍에 전달함으로써 기폭이 일어나도록 하는 기술이다.

북한의 핵무기 위협과 이로 인한 검증 측면에서 분석을 해보면 다음과 같다. 첫째 로 북한이 보유하고 있는 핵무기의 종류에 관한 정보 부족이다. 북한의 코발트탄이나 중성자탄에 대한 개발 정보는 없다. 북한이 6회의 핵실험을 통해 원자폭탄, 증폭핵분열 탄 까지는 개발 및 보유하고 수소폭탄은 기술적 완성도를 높이고 있는 단계로 보고 있 다. 북한이 2016년 1월 6일 4차 핵실험에서 증폭핵분열 기술을 적용한 것으로 보이며 2017년 9월 3일 6차 핵실험에서 수소폭탄 시험을 성공적으로 실시했다고 자평은 하였 으나 북한의 수소폭탄 개발 성공 여부에는 여전히 회의적인 평가들이 지배적이다.¹⁸¹⁾

둘째로 북한의 수소폭탄 개발 및 보유에 관한 정보도 매우 제한적이다. 북한은 6차 핵실험 당일인 2017년 9월 3일에 장구 모양의 수소폭탄 모형을 공개한 바 있다. 유사 한 형태를 갖고 있는 미국이 실전 배치한 수소폭탄(W-88) 설계를 토대로 북한이 공개 한 수소폭탄 모형을 분석해 보면 증폭 가스 용기(canister), 1차 폭탄(1단계), 2차 폭탄 (2단계) 으로 구성되어 있는 것으로 보인다. 증폭에 사용되는 핵융합 가스용기(중수소 및 삼중수소 기체혼합물)에는 삼중수소의 반감기가 12.3년으로 짧아 매년 5.5%가 자연 붕괴되므로 주기적으로 보충을 해야 하는 구조로 보인다. 또한 북한은 수소폭탄에 필 요한 중수소, 삼중수소, 리튬(Li-6)을 생산할 수 있는 기반을 구축하고 있는 것으로 평 가되고 있다. 중수소는 바닷물을 전기분해하여 비교적 쉽게 획득할 수 있다. 삼중수소 는 원자로에 리튬 타겟을 조사(照射)하여 생산이 가능하다. 영변의 5MWe 원자로와 IRT-2000 연구로에서 연간 최대 약 20∼30g의 삼중수소를 생산할 수 있을 것으로 추 정되고 있다.¹⁸²⁾

셋째로 북한이 보유하고 핵무기의 수량 및 저장시설에 관한 정보는 매우 불확실하 다. 북한의 핵무기 기술적 수준에 따라 핵무기 제조 기술 수준이 높으면 적은 핵물질 (플루토늄, 농축우라늄)로 핵무기를 제조할 수 있을 것이다. 북한의 핵무기 제조 기술 수준에 대해 정확히 알려진 것이 없기 때문에 추정할 수밖에 없다. 2017년 말에 지그 프리드 헤커 박사는 북한이 한해 6∼7개의 핵무기를 생산할 능력이 있으며 총 25∼30 개의 핵무기를 보유하고 있을 것으로 예상하였다.¹⁸³⁾ 2018년 데이비드 올브라이트 181) 김진무, “북한의 6차 핵실험과 핵개발 전망,” 세종논평 2017-34, 2017, p. 88.

182) 한국원자력통제기술원, 앞의 책(2018), p. 6, pp. 11-12.

(David Albright) 박사는 북한이 2개의 농축우라늄 시설을 가동할 경우에 평균 47개 (가능성은 26∼80개)이고 핵물질의 손실분을 고려하면 평균 33개(가능성은 18∼57개) 로 예상하였다.¹⁸⁴⁾ 2018년 김진무는 북한이 재처리한 플루토늄으로 최대 20개, 농축우 라늄으로 약 40∼50개 제조할 수 있는 능력을 구비하고 있는 것으로 평가하고 있 다.¹⁸⁵⁾ 미국 정보기관들은 북한이 약 60개 내외의 핵무기를 보유하고 있는 것으로 추 정하고 있다.¹⁸⁶⁾ 스웨덴 스톡홀름국제평화연구소(SIPRI)의 새넌 카일 핵무장·군축·비확 산 프로그램 본부장은 ‘2019년 6월 발간한 세계군사연감에는 북한이 20∼30개의 핵탄 두를 보유할 것으로 추산하였는데 차기 세계군사연감에는 10개 정도 증가한 30∼40개 의 핵무기를 보유한 것으로 반영할 것’이라고 언급하기도 하였다.¹⁸⁷⁾ 여러 북한 안보전 문가와 관련기관들의 예측을 종합해 보면 2019년 말 북한은 최소 18개에서 최대 80여 개의 핵무기를 보유하고 있는 것으로 추정할 수 있다. 이러한 추정도 20kt 핵무기를 제작하는 데에 통상 플루토늄은 3∼4kg, 고농축우라늄은 13∼20kg 정도 소요되는 것으 로 판단하고 있으나 핵무기 제조 기술 수준에 따라 소요되는 핵물질의 양도 달라질 수 있기 때문에 정확한 핵무기의 수량을 예측하는 것은 더욱 어렵다고 볼 수 있다.

향후 핵무기에 대한 검증 중점은 아래와 같다. 첫째, 핵무기의 연구 개발 기술 수준 에 대한 검증이 필요하다. 즉, 핵무기 설계 기술과 핵무기 부품 제조 기술, 안전·장전·

신관·점화(SAFF: Safing Arming Fusing Firing) 체계 기술에 대한 확인이 필요하다.

이를 통해 북한의 핵무기 능력 수준을 전체적으로 평가하고 정보를 획득하는 데에 큰 도움이 될 것이다.

둘째, 핵무기의 종류 및 수량을 검증하는 것이 무엇보다 중요하다. 북한이 원자폭탄 은 물론 증폭핵분열탄 수준을 넘어 수소폭탄까지 개발하여 보유하고 있는지를 확인하 고, 실제 운용할 수 있는 핵무기를 어느 장소에 어느 수량을 저장하고 있는지를 확인 하는 것이 매우 중요할 것이다. 북한은 30년 넘게 이 분야에 대해 철저히 비밀로 하고 외부에 공개한 적이 없다.

183) Siegfried S. Hecter, "What We Really Know About North Korea's Nuclear Weapons and What We Don't Yet Know for Sure," Foreign Affairs, 2017.

184) David Albright, "On the Question of Another North Korean Centrifuge Plan and the Suspect Kangsong Plant," Institute for Science and International Security, 2018, pp. 19-21.

185) 김진무, “북한의 핵능력 평가와 비핵화 협상 전망,” 세종정책총서 2018-10, 2018(B), p. 88.

186) 홍우택·박창권, 북한의 핵전략 분석 , KINU 연구총서 18-14, 서울: 세일포커스, 2018, p. 67.

187) ｢북 핵탄두 10개 늘어 30∼40개...비핵화 명확한 정의부터 해야｣, 동아일보 , 2019년 9월 16일.