지난 5월 탄생한 <한반도포커스>는 극동문제연구소의 교수진과 외부 전문가들이 참여하는 한반도 문제 관련 '정책소식지'입니다. 격월로 발행되는 이 소식지는 학술지 논문과 언론 칼럼의 중간 쯤 되는 논평문이 실리며 "정책 생산"을 직접적인 목표로 삼고 있습니다. 당시 한반도 정세에 따른 하나의 주제 아래 각기 다른 글 5편 가량으로 채워집니다.
프레시안은 2개월마다 돌아오는 <한반도포커스> 발간일에 맞춰 한글로 된 모든 글을 동시 발행하고, 발행일이 포함된 1주일 동안 매일 한 편씩을 메인 페이지에 게재할 계획입니다.
1972년 설립된 경남대 극동문제연구소는 북한·통일 문제에 관한 연구와 정책 제안 활동을 활발하게 벌이고 있는 최고의 민간 연구기관입니다. <편집자>
| <전체 내려받기> 제1호(2009년 5~6월호) 북한의 미래와 한반도 제2호(2009년 7~8월호) 2차 북핵실험 이후 한반도 정세 제3호(2009년 9~10월호) 한반도 정세, 국면전환은 가능한가? 제4호(2009년 11~12월호) 북핵문제 해결의 전망과 과제 |
핵무기 제조는 핵분열 물질인 플루토늄(Pu)이나 고농축 우라늄(HEU)이 있어야 가능하므로, 핵능력은 Pu, 그리고 HEU 보유량 및 핵무기 설계/제조기술에 따라 결정된다. 그러나 어느 나라를 막론하고 핵능력은 국가의 핵심 비밀 사항이기 때문에 외부에서 그 능력을 정확하게 평가하기는 매우 어렵다. 더구나 북한처럼 폐쇄된 국가의 핵능력을 정확히 평가한다는 것은 불가능에 가깝다. 그러므로 지금까지 알려진 사실을 근거로 대략적인 북한 핵능력의 범위를 추정하고자 한다.
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| ▲ 2009년 6월 북한 영변 원자로의 냉각탑 폭파 장면 ⓒ연합뉴스 |
북한의 플루토늄(Pu) 보유량
북한은 2008년 6월 26일 6자회담 의장국인 중국에 신고서를 제출하였다. 이 신고서는 모든 6자회담 참가국들에 회람되었으나, 당사국들의 합의에 따라 공개되지 않고 있다. 다만 외교소식통을 인용하여 북한의 신고 내용을 추정한 외신 보도는 있었다. 도쿄신문의 2008년 7월 4일자 보도에 의하면, 북한이 신고한 Pu 총량은 약 38kg이며, 이중 핵무기 제조에 약 26kg, 핵실험(2006년 1차 실험)에 약 2kg을 사용했고, 장비 안에 남아 있는 양이 약 2kg이며, 사용후 핵연료봉 내에 남아 있는 양이 약 7.5kg이라고 한다.
이 보도가 사실이고,1) 북한이 사용후 핵연료 재처리를 완료하여 Pu를 추가로 확보(약 6∼7kg로 추정)했다면, 금년에 실시한 2차 핵실험에 사용한 양(3∼4kg으로 추정)을 제외하더라도 핵무기 제조에 사용가능한 Pu의 총량은 약 30kg정도가 될 것이다. 이는 2008년 6월에 북한이 핵무기 제조에 사용했다고 신고한 것 보다 4kg 정도 늘어난 양이다.
북한이 추가로 Pu를 생산하려면 5MWe 원자로를 재가동 하여야 한다. 5MWe 원자로의 Pu 생산능력은 100% 출력으로 연속 운전할 경우 약 8kg/년 정도이나, 실제 가능한 가동률을 고려한 생산능력은 4∼5kg/년 정도가 한계이다. 그리고 원자로 재가동을 위해서는 불능화 작업으로 인해 손실되었던 핵연료 확보와 냉각계통 복구가 필요하고, 시설이 전반적으로 노후화되었기 때문에 복구한다 하여도 높은 가동률로 운전하기는 어려울 것이다. 추가로 다량의 Pu를 얻기 위해서는 새로운 원자로 건설이 필요하나, 이것도 최소한 5년 이상의 시간이 소요될 것이다.
북한의 우라늄 농축 프로그램
파키스탄의 A. Q. Khan 박사로부터 'P-12) 원심분리기 20대와 P-2 원심분리기 설계도면을 제공받았다'는 것을 비롯한 여러 가지 북한의 농축 의혹들에 대해 북한은 2008년까지 강력히 부인하여 왔었다. 그러나 북한은 2009년 4월 29일 외무성 대변인 성명을 통해 우라늄 농축 프로그램(UEP) 착수를 공식적으로 시사3)하였으며, 동년 6월 13일 성명에서 "유엔 안보리 대북 결의 1874호에 대응해 실험 단계의 농축 단계에 착수했다"고 발표하였다.
농축 우라늄을 사용하여 핵무기를 제조하기 위해서는 농축도 93% 이상의 HEU가 최소 15∼20kg 필요하며, 특히 최초 1개 제조를 위해서는 가공 손실 등을 포함하여 HEU가 최소 25kg이 필요하다. 이를 생산하기 위해서는 약 5,000kg-SWU4)의 농축 작업 능력이 필요하다.
농축작업능력 5,000kg-SWU/년을 갖추기 위해서는 P-2 기준 1,000대 또는 P-1 기준 2,500대를 가동하여야 한다. 북한의 현황을 알 수 없으나 타국의 사례에 비추어보면 아직 이러한 능력은 갖추지 못한 것으로 추정된다. 실증규모 이상의 우라늄 농축능력을 갖고 있는 것으로 알려져 있는 나라는 9개국(러시아, 영국·네덜란드·독일, 일본, 파키스탄, 브라질, 인도, 이란)인데 이들 국가는 보통 최초 농축 프로그램 착수 후 평균 약 8∼10년 정도 지나서 최초의 파일럿 시설을 가동 및 운영하였고, 생산공장(연간 5,000kg-SWU 이상 규모 시설)의 가동은 최초 파일럿 시설 가동 이후 평균 약 5∼7년 소요되었다.
북한의 현 상황이 기존 9개국의 농축기술 개발 당시 상황과 비교할 때 기반기술·자금·무역제재 등의 상황에서 유리한 점이 없다는 것 감안하면, 북한의 우라늄 농축 능력은 아직 생산단계에 이르지 못하고 있을 것으로 판단된다. 북한 스스로도 2009년 9월 3일, 유엔주재 북한대사 서한과 북한 조선중앙통신 보도를 통해 "우라늄 농축시험이 성공적으로 진행되어 결속단계에 들어섰다"고 주장하고 있으나, 생산시설이 갖추어졌다는 주장은 하고 있지 않다.
북한은 현재 다음과 같은 이유로 인하여 플루토늄 생산시설 복구보다는 HEU 생산능력 확보에 주력하고 있을 것으로 예상된다.
● 현재 보유한 플루토늄의 양(30∼40kg 추정)이 군사적·정치적 목적을 달성하기에 충분치 못하다.
● 5MWe 원자로는 용량이 적고 노후하여 복구해도 대량의 Pu 추가 생산이 어렵다.
● HEU 생산은 첨단기술을 필요로 하나, 시설 건설 비용은 Pu 시설 건설 보다 적게 든다.
● HEU와 Pu는 핵무기 제조와 운용 측면에서 각각 장점과 단점을 가지고 있어, 두 가지 물질을 동시에 보유하는 것이 유리하다.
● 농축은 재처리 시 발생하는 처리하기 어려운 고방사성 폐기물을 발생시키지 않는다.
북한의 핵무기 능력
북한이 실시한 2번의 핵실험에서 나타난 북한 핵폭발 장치의 폭발력(1차: 1kt 이하, 2차: 2∼8kt)은 핵무기 보유국들이 실시한 초기 핵실험의 폭발규모(10∼20kt)에 크게 미치지 못한다. 그러나 이 폭발력 규모만 가지고 북한의 기폭기술이 낮은 수준이라고 평가하기는 어렵다. 그 이유는 핵실험에 사용한 Pu량이 얼마인지 모르기 때문이다. 만일 북한이 1·2차 핵실험에서 4∼6kg의 Pu를 사용하였음에도 폭발력이 낮았다면 북한의 기폭기술은 낮다고 볼 수 있으나, 북한이 신고했다는 것처럼 2kg 정도의 Pu를 사용한 것이라면 이 정도 소량의 Pu로 핵폭발에 성공했다는 것만으로도 북한의 기폭기술은 상당히 높은 것이다. 전자의 경우라면 북한의 실전용 핵무기 제조는 상당한 시일을 필요로 할 것이고, 후자의 경우라면 Pu 사용량을 늘릴 경우 실전용 핵무기 제조에 어려움이 없을 것이다.5)
'북한이 보유한 플루토늄을 이용하여 핵무기를 제조할 경우 몇 개의 핵무기 제조가 가능한가' 하는 것은 추측하기 어려운 문제이다. 이는 북한이 보유한 플루토늄 양의 불확실성에도 기인하지만, 플루토늄 양을 35kg이라고 가정하더라도, 북한이 한 개의 핵탄두를 만드는데 사용하는 플루토늄이 몇 kg이 될 것인가 하는 것은 북한의 기술력과 탄두의 사용 목적 등에 따라 달라지기 때문이다.
북한이 상당한 수준의 기폭기술을 가지고 있을 경우, 운반수단의 한계 때문에 어느 정도 안전성을 고려하여 탄두 숫자를 희생하더라도 미사일 탑재용으로 대량(6~8kg/탄두 정도)의 Pu를 사용하여 핵무기 크기와 중량을 줄이고 폭발의 신뢰성을 높이는 방법을 선택한다면 추가적인 핵실험 없이도 Pu 15∼20kg 정도를 사용하여 비교적 간단한 기폭장치로 20kt급 성능을 보장할 수 있는 핵탄두 2∼3개 제조가 가능할 것이다. 그리고 나머지 Pu (10~15kg)로 Pu가 적게(3∼4kg/탄두) 사용되는 설계로 핵탄두를 제조한다면 추가로 3~4개의 핵탄두를 만들 수 있을 것이다(합계 6∼7개의 탄두). 이와 다른 선택으로 북한이 핵탄두 숫자를 늘리는 것을 우선한다면 8∼10개의 탄두(Pu 3∼4kg/탄두)를 제작할 수도 있고, 모두 미사일 탑재형으로 제작한다면 4~5개의 탄두를 제작할 수도 있다.
기폭기술이 낮은 경우에도 대량의 Pu(8∼10kg 정도)를 사용한다면 미사일 탑재가 가능한 탄두를 3∼4개 정도 제조하는 것은 가능하다.
북한이 이러한 방법들 중 어떤 것을 선택하느냐 하는 것은 북한의 기폭장치 설계·제작 능력과 정치적인 선택에 따라 결정될 것이다.
핵무기를 실전 배치하려면 오폭방지를 위한 안전장치와 사용권자의 정당한 명령 없이 사용되는 불법사용을 막기 위한 통제시스템이 필요하다. 핵 강대국들도 이러한 안전장치와 통제시스템의 개발에는 장기간의 노력과 많은 추가 비용이 필요했던 것으로 알려져 있다. 북한이 핵무기 소형화에 성공했다 하더라도 아직까지는 실전배치에 필요한 안전장치와 통제시스템을 갖추지 못했을 것으로 추측되며, 이를 위해서는 추가적으로 상당한 시간과 노력이 필요할 것이다.
<주>
1) 보도의 신빙성 여부는 알 수 없다. 그러나 필자가 지금까지 알려진 영변 핵시설의 능력과 가동기간을 고려한 북한의 Pu 보유량 추산치(40±5kg)과 비교해보면 보도 내용이 약간 적지만, 필자의 추산치가 북한의 원자로 가동률과 재처리 시 회수율을 비교적 높게 가정한 것을 감안하면, 보도 내용이 납득하기 어려운 것이라고는 할 수 없다.
2) Urenco사의 원심분리기를 모방하여 파키스탄에서 개발한 원심분리기로 1대당 P-1은 2kg-SWU/년, P-2는 5kg-SWU/년 정도의 농축능력을 갖고 있다.
3) 북한은 "경수로 발전소 건설을 결정하고 그 첫 공정으로써 핵연료를 자체로 생산보장하기 위한 기술개발을 지체없이 시작할 것"이라고 발표하였다.
4) SWU : Separative Working Unit, 우리말로 '농축작업 일량'이라고 번역되는 단위로서 일정량의 우라늄 농축 작업량을 표시하는 단위이며 복잡한 대수식으로 표현될 뿐 간단한 말로는 설명이 불가능하다.
5) 핵무기는 핵물질을 초임계 상태에 이르도록 한 후 중성자를 공급하여 핵 연쇄반응을 폭발시킨다. 핵물질은 밀도를 높이면 밀도의 제곱에 반비례하여 초임계에 필요한 물질의 양이 줄어든다(밀도가 2배가 되면 임계에 필요한 물질의 양은 1/4이 된다). 내폭형 핵무기(Pu는 내폭형만 사용할 수 있다)는 핵물질을 초임계 상태로 만들기 위해 고성능 폭약으로 핵물질을 압축하여 순간적으로 밀도를 높이는 방법을 사용한다. 핵무기 부피와 질량의 대부분은 핵물질의 밀도를 높이기 위한 내폭장치가 차지하고 있다. 그러므로 핵물질을 적게 사용할수록 고도의 압축이 필요하기 때문에 핵무기의 크기는 커지고, 핵물질을 많이 사용하면 조금만 압축해도 되기 때문에 오히려 핵무기의 크기는 작아진다.
* 원제목 : 북한의 핵능력
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