△ 뉴노멀 클래스 배너 (ⓒ김민서 기자)안녕하세요, 경인통일교육센터 김민서 기자입니다. 지난 4월 19일, 경인통일교육센터가 주최하고 아주통일연구소가 주관한 <2024 뉴노멀클래스 통일명사 초청 ‘한반도 통일준비와 신흥안보 전략’> 세미나가 열렸습니다. 국방부 군비통제검증단 미사일 담당 출신 대전대학교 안보군사연구원 이태호 교수의 <북한의 핵과 미사일> 강연이 1시간 15분가량 진행됐습니다. 강의를 통해 핵무기와 미사일에 대한 일반적인 이론을 알아본 후, 북한의 핵미사일 개발 단계를 김일성 시기부터 현재까지 살펴보았습니다.

△ 강의 중인 이태호 교수 (ⓒ김민서 기자)■ 핵무기란?

어떤 원자핵의 분열 반응, 융합반응 등으로써 발생하는 에너지를 인명피해 및 시설파괴 등으로 이용하는 무기를 ‘핵무기’라고 합니다. 핵무기의 3대 요소는 핵 분열, 융합반응에서 에너지의 원인이 되는 ‘핵분열성 물질’, 그리고 ‘기폭 장치를 폭파하는 장치’, 마지막으로 핵무기를 원하는 목적지까지 운반시켜 주는 ‘운반체계’입니다. 우리는 왜 핵무기를 절대무기라고 이야기 할까요? 바로 핵무기는 이제까지의 무기가 보여주지 못했던 살상력, 파괴력 등을 가지고 있기 때문입니다. 핵무기는 물론 전쟁 시 엄청난 파괴력을 얻기 위해 사용하지만 평시에는 유용한 전쟁 억제 수단으로서 활용됩니다. 그 예시로, 1956년도 2차 중동 대전을 들 수 있습니다. 소련은 영국과 프랑스를 대상으로 핵 사용 압박을 가하면서 영국과 프랑스를 철수 시켰습니다. 이 예시가 핵 억제의 대표적인 예시이며, 이를 통해 핵무기가 고효율 무기라는 사실을 알 수 있습니다. 값싼 예산을 들여 효과적인 방위 효과를 창출해 내는 무기입니다.

△ 강의 중인 이태호 교수와 경청중인 청중 (ⓒ김민서 기자)■ 핵분열과 핵융합

핵무기는 핵분열과 핵융합을 이용하는 무기입니다. 핵분열은 핵 물질에 중성자를 가하면 일어나는 현상입니다. 핵분열 과정에서 두 개의 중성자가 생기고 에너지가 생성되며 이때 방사능이 생깁니다. 또한 흔히 ‘연쇄반응’으로 불리는 현상이 나타납니다. 핵분열로 인해 두 개 내지 세 개의 중성자가 방출되면 방출된 중성자를 다른 핵물질이 흡수하여 또 다시 핵분열 반응이 일어납니다. 핵융합은 원자핵과 전자가 완전히 분리된 ‘플라즈마’ 상태에서 에너지를 가하여 원자핵이 서로 결합하는 경우 막대한 에너지를 내는 현상입니다.

핵 무기학을 이야기할 때 흔히 원자탄, 수소탄, 열핵무기 이렇게 이야기합니다. 사실 핵분열 무기는 그 위력에 한계가 있는데, 1956년 11월 15일, 핵실험을 했던 50kt이 최대 위력입니다. 따라서 당시 파괴력을 극대화할 수 있는 무기를 찾다가 나온 것이 핵융합 무기입니다.

■ 핵분열 물질과 그 필요성

핵분열성 물질이란, 중성자를 흡수하여 핵분열을 일으키는 물질입니다. 우라늄과 플루토늄이 핵분열성 물질로 주로 쓰입니다. 핵물질의 양과 질에 따라 핵폭발의 효과가 결정됩니다. 핵무기 제작에 필요한 핵분열 물질의 양과 질을 살펴보면, 우라늄은 약 18kg, 플루토늄은 약 8kg이 필요합니다. 20kt의 위력을 내기 위해서는 플루토늄의 경우 6~8kg이 사용되지만, 실질적으로는 1kg만 반응해도 20kt의 위력을 낼 수 있습니다. 사실, 히로시마에 떨어진 15kt의 핵은 전체 우라늄의 20% 미만만 반응한 것이었습니다. 그런데도, 15kt의 위력을 내는 효과가 있었습니다.

△ 강의 중인 이태호 교수와 경청중인 청중 (ⓒ김민서 기자)■ 핵무기의 내부 구성과 핵의 효과

핵무기의 내부는 핵물질, 중성자 발생장치, 고폭장치 및 반사체로 이루어져 있습니다. 이중 핵물질은 임계질량 상태가 되지 않도록 저장되어 있습니다. 이러한 핵물질을 임계 질량에 도달할 수 있게끔 하는 방법에 따라서 ‘포신형’과 ‘내폭형’으로 나뉩니다. ‘포신형’은 고폭 장약을 터뜨려 핵물질을 서로 합치게 합니다. 주로 우라늄 탄에서 많이 사용하고, 히로시마에 투하했던 형태입니다. ‘내폭형’은 폭발 압력으로 밀도를 높여 임계질량에 도달하게 합니다. 이는 플루토늄 탄에 많이 사용되며 나가사키에 투하했던 형태입니다.

핵무기의 효과로는 ‘폭풍파’, ‘열복사선’, ‘초기 방사선’, ‘잔류방사선’, ‘전자기 파동’이 있습니다. 먼저 ‘폭풍파’의 경우 최초 음속의 몇 배나 되는 속도로 확산하며 핵폭발 시 발생하는 물리적 피해의 대부분입니다. ‘열복사선’은 폭발 시 형성된 화구로부터 발생한 열선으로 화재와 함께 피부와 망막에 심각한 손상을 일으킵니다. 화재의 경우, 20kt 기준으로 했을 때 핵폭발이 일어나면 1km 이내에 모든 것이 흔적조차 없이 사라집니다. ‘초기 방사선’은 핵폭발 즉시 방출되는 방사선으로 핵폭발 주변 직접적인 방사선 피해를 유발합니다. ‘잔류 방사선’은 낙진에 의해 발생하며 기상 상태에 따라 크게 확산할 수 있습니다. ‘전자기 파동’은 핵폭발 시 초기 방사선이 공기 중의 원자와 충돌하여 발생하는 현상으로 광범위한 지역의 반도체와 전자장비를 손상합니다. 

■ 핵무기의 위력

핵무기를 투발할 때는 지상에서 폭발시킬 것인가, 공중에서 폭발시킬 것인가를 고민하게 됩니다. 지상에서 폭발시킬 경우, 낙진의 효과를 가장 크게 보이게 됩니다. 공중에서 폭발시킬 때 폭풍파를 가장 극대화할 수 있습니다. 히로시마(15kt)의 경우, 시가지 중심의 580m 상공에서 공중 폭발하였습니다. 건물 파괴와 화재로 약 13km²의 시가지가 파괴되었으며 피폭 중심지에서 250m의 사람들은 열 피해로 인해 전부 사라졌습니다. 1945년 12월까지, 히로시마 인구 25만 5천명 중 약 13만 5천 명이 사망한 무기입니다. 나가사키(22kt)의 경우, 도심 중심부를 벗어난 산의 500m 상공에서 폭발하여, 전체 인구 19만 5천 명 중 6만 4천 명이 사망하였습니다. 히로시마 투하 핵무기보다 위력이 컸음에도 피해는 적었습니다. 이는 산과 같은 지형으로 인한 피해효과 감소를 증명하였습니다.

■ 핵무기 개발 과정

핵물질 확보, 기폭 장치 개발, 핵실험 실시, 핵탄두 소형화 및 전략화의 단계를 거쳐 핵무기를 개발합니다. 핵물질 확보 단계에서는 우라늄과 플루토늄의 양에 주목합니다. 재처리 기술과 우라늄 농축 기술 등이 소요되며, 1970년대 북한이 우라늄 238을 대량으로 보유하고 있었음이 확인되었습니다. 북한은 이 과정을 통해 핵무기 개발을 위한 필수재료를 확보하게 되었습니다. 기폭장치 개발 단계에서는 핵물질과 기폭장치를 조립하고, 필요시 핵 보유 선언도 이어집니다. 이 과정에서 고폭장약 확보, 원구형 탄두 설계, 중성자 투입 기술 등이 소요됩니다. 핵실험 단계에서는 핵실험을 통해 핵폭발의 최대 효과를 찾아냅니다. 지하 갱도를 굴착하고 계측장비를 확보합니다. 핵탄두 소형화 및 전략화 추진 단계에서는 탄두 소형화 및 경량화, 운반체계 탑재 및 결합, 핵무기 전략화 및 대량 생산의 활동을 통해 핵무기가 안전하게 운영되도록 기술을 확보합니다.

△ 강의 중인 이태호 교수 (ⓒ김민서 기자)■ 북한의 핵 개발 과정

핵물질 개발단계에서는 핵물질인 ‘플루토늄’과 ‘우라늄’ 확보가 중요합니다. 플루토늄은 자연계에는 존재하지 않아, 우라늄을 원자로에서 반응시키고 난 폐연료에서 추출하여 사용해야 합니다. 북한은 플루토늄을 보급받기 위해 1986년 5MWe 흑연 감속로를 건설 및 가동하였습니다. 2003년도 이후로는 북한과의 접촉이 없어 확인이 어렵지만, 2003년까지 확인하였을 때 북한은 해외 연료봉을 5번 재처리한 것으로 알려져 있습니다. 다음으로, 북한은 우라늄 확보를 위해 평산, 박천, 구장, 순천 등에 우라늄 광산을 보유하고 있습니다. 우라늄 농축 기술을 위해 1990년대 중반, 파키스탄으로부터 P-1 원심 분리기를 도입하였습니다. 1998년 후반에는 농축화를 하기 시작하였습니다.

북한은 기폭장치 개발 단계에서 핵물질이 일어나지 않는 천연 우라늄을 가지고 실험을 진행했습니다. 1983년부터 고성능 폭약 실험을 하여, 1990년대 후반까지 70여 차례의 북극 실험을 했고 다른 지역까지 전부 합치면 140여 회의 실험을 진행하였습니다. 2010년에는 핵융합 실험 성공을 보도하였습니다.

핵실험 단계의 북한은 총 6차의 핵실험을 진행하였습니다. 북한의 발표에 따르면 4차 핵실험 당시 첫 수소탄을 실험하였고 소형화된 수소탄 위력을 증명해 보였다고 합니다. 그리고 5차 핵실험에서 핵탄두의 표준화, 규격화를 달성하였으며 6차 핵실험에서는 ICBM 장착용 수소탄 실험에 성공했다고 주장하고 있습니다.

2000년대 후반, 북한은 핵무기 완성을 선언하며 핵무기 능력을 획득하게 됩니다. 이후 2017년, 극초음속 미사일 개발을 시작하며 핵 및 미사일의 능력을 높였습니다. 2021년에는 극초음속 미사일 개발에 성공하였으며 2022년에는 극초음속 미사일 발사체를 지상에서 시험적으로 발사하였습니다. 이후 북한은 극초음속 미사일 개발 완성에까지 이르게 됩니다.

△ 강의 중인 이태호 교수 (ⓒ김민서 기자)■ 핵의 전략적 효과

북한이 탄도미사일에 역량을 집중하는 전략적 이유는 무엇일까요? 탄도미사일은 일거에 군사력의 변화를 야기하는 전략적 수단이 될 수 있습니다. 또한 기습 공격을 통해 전쟁의 주도권조차 장악할 수 있으며 심리적 충격과 공포감을 야기해 전략적 활용효과가 뛰어납니다. 비교적 저가의 비용으로 군사력의 균형 변화에 영향을 주어 효율적인 무기이기도 합니다. 현재로선 북한이 미국 본토를 직접 공격할 수 있는 유일한 수단이기도 합니다. 이러한 이유로 인해 북한은 핵무기 개발에 박차를 가하였습니다. 북한은 NPT의 회원국이었다가 불법 핵 개발이 들키자 NPT에서 탈퇴하여 ‘핵무장’한 나라입니다. 합법적 핵 보유국이 아닌 것입니다. 북한은 핵무장의 위협성과 불법성 때문에 세계에서 가장 강도 높은 유엔 안보리의 제재를 받고 있습니다. 현 NPT 체제하에서 북한을 ‘핵보유국’으로 인정하는 것은 불가능하기에, 북한은 영원히 ‘핵보유국’이 될 수는 없을 것입니다. 북한이 핵무기외교를 시도하는 과정에서, 과연 한국은 이를 외교적으로 어떻게 풀어나갈 수 있을지 의문을 제기하면서 이번 기사를 마무리하겠습니다.