[우라늄 농축과 핵무기] 농축정도 따라 발전-무기용 갈려

[우라늄 농축과 핵무기] 농축정도 따라 발전-무기용 갈려 • 핵융합이란: 핵분열과 상반…수소폭탄 원리 국내 과학자들이 우라늄(U) 농축실험을 했다는 사실이 뒤늦게 밝혀지면서 우라늄 농축에 대한 관심이 높아지고 있다. 우라늄 농축은 무엇이고 어떤 방법으로 처리되는 것인지, 원자력 발전 등 핵의 평화적 이용과 핵무기 개발과의 차이는 무엇인지 알아본다. 우라늄을 핵분열시켜 그 과정에서 나오는 많은 에너지를 이용한다는 점에서 원자력 발전과 원자폭탄은 바탕원리가 같다. 발전용이냐 핵무기냐를 결정하는 것은 우라늄의 농축 정도다. 원자력 발전에서는 핵반응이 천천히 일어나지만 핵폭탄은 그 반응을 빨리 일어나게 한다는 점에서 차이가 있다. 지구상에 자연적으로 존재하는 천연우라늄 원석에는 핵분열하는 성분인 우라늄235가 약 0.7% 들어 있다. 나머지 99.3%는 핵분열을 하지 않는 성분인 우라늄238이다. 발전이나 폭탄에 필요한 충분한 에너지를 얻기 위해서는 우라늄235의 농도를 높이는 것이 필요하다. 이 과정이 우라늄 농축이다. 원자폭탄은 한 순간에 많은 에너지를 발생시켜야 한다. 여기에는 우라늄235가 90% 이상 고농축된 우라늄을 사용한다. 반면 원자력발전소 등에 사용되는 핵연료는 장기간에 걸쳐 천천히 타면서 에너지를 내는 것이 바람직하기 때문에 우라늄235를 3~5% 정도로 저농축시켜 사용한다. 우라늄을 농축하는 방법은 여러 가지가 있지만 기본적으로 우라늄235와 우라늄238의 무게 차이를 이용한다. 우라늄 뒤에 붙은 숫자는 무게를 의미하므로 우라늄238은 우라늄235보다 아주 조금 무겁다. 현재 가장 많이 쓰이는 우라늄 농축법은 원심분리법이다. 우라늄을 원심분리기에 넣어 분당 5만~7만회 정도의 빠른 속도로 돌리면 무게가 조금 무거운 우라늄238이 밖으로 나가고 가벼운 우라늄235는 안쪽으로 모인다. 이를 되풀이해 우라늄235의 비율을 높인다. 전문가들은 북한이 우라늄을 농축할 때 사용한 방법도 원심분리법일 것으로 추정하고 있다. 이번에 한국원자력연구소가 사용한 레이저농축법은 천연우라늄에 레이저를 쪼여 이온상태로 만든 뒤 자석으로 둘러싸인 공간을 통과시켜 우라늄 구성비를 바꾸는 것이다. 우라늄은 무게에 따라 휘는 정도가 달라진다. 이 기술은 넓은 공간이 필요 없지만 아직까지 상용화되지 않은데다 우라늄을 대량으로 생산하기 어려워 폭탄을 만드는 데는 알맞지 않다. 우라늄이 자연상태에서 존재하는 원소인 반면 플루토늄(Fu)은 우라늄이 핵분열할 때 생기는 일종의 인공원소다. 우라늄235가 포함된 핵연료를 원자로 안에서 태우면 핵분열이 일어난다. 핵분열 과정에서 나온 중성자(n)가 우라늄238과 부딪치면 플루토늄이 만들어진다. 즉 한번 태운 핵연료(사용 후 핵연료) 안에는 플루토늄이 들어 있다. 사용 후 핵연료를 재처리하면 플루토늄을 얻을 수 있는 셈이다. 원자로와 핵재처리 시설이 필요한 것도 이 때문이다. 플루토늄은 우라늄보다 훨씬 불안정해 핵분열을 더 잘 일으키며 원자폭탄에 사용되면 적은 양으로도 더 큰 파괴력을 낼 수 있다. 지난 45년 일본 히로시마에 떨어진 원자폭탄은 농축우라늄을 이용한 핵폭탄이다. 며칠 뒤 나가사키에 떨어진 것은 플루토늄 핵폭탄이었다. 발전에 쓰이는 저농축 우라늄, 즉 핵연료는 스스로 핵분열을 일으키지 못한다. 그래서 핵연료를 원자로에 장전할 때는 핵분열을 일으키기 위해 중성자 발생장치를 함께 설치한다. 이 장치에서 발사된 중성자가 우라늄을 때리면 그 우라늄에서 다시 중성자가 튀어나오면서 연쇄적으로 핵분열이 일어난다. 그런데 핵분열이 너무 급격해지면 원자로의 안전에 문제가 생길 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 만들어진 것이 제어봉이다. 제어봉은 은과 이리듐을 섞은 것으로 중성자를 흡수하는 역할을 한다. 핵분열 속도를 늦추려면 제어봉을 넣어 핵분열 속도를 조절하면 된다. 원자로가 열을 받았을 때 그것이 녹지 않도록 식혀주는 물질을 감속재라고 하는데 여기에는 물과 흑연 등이 사용된다. 감속재의 종류에 따라 흑연로, 경수로(보통 물), 중수로(중성자가 하나 더 많은 물)로 나눠진다. 최수문 기자 chsm@sed.co.kr 입력시간 : 2004-09-15 18:14