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북 3차 핵실험 성공, 어느 수준인가
<해설> '소형화, 경량화, 다종화'의 의미
2013년 02월 12일 (화) 18:25:52 조정훈 기자 whoony@tongilnews.com

북 <조선중앙통신>은 "2월 12일 북부 지하핵시험장에서 제3차 지하핵시험을 성공적으로 진행하였다"고 발표, 3차 핵실험 성공을 공식화했다.

특히, 북한은 핵실험 수준에 대해 "이전과 달리, 폭발력이 크면서도 소형화, 경량화된 원자탄을 사용하여 높은 수준에서 안전하고 완벽하게 진행된 이번 핵시험은 주위 생태환경에 그 어떤 부정적 영향도 주지 않았다는 것이 확인되었다"고 밝혔다.

북한의 발표에 비춰, 이번 3차 핵실험으로 북한은 핵탄두의 소형화와 경량화 수준에 도달한 것으로 보인다.

핵탄두 소형화, 경량화는 미사일에 탑재 가능하도록 핵탄두의 중량과 크기를 감소하여 설계 및 제작하는 것을 의미한다. 소형화, 경량화에 성공했다면, 일반적으로 스커드 B미사일 기준에서 핵탄두는 중량 1천kg 이하, 직경 90cm 이하로 추정된다.

앞서 북한은 지난해 12월 은하3호 로켓 발사에 성공, 사거리 1만km 이상의 장거리 미사일 능력을 확보했기에 핵탄두 소형화, 경량화는 미국에 대한 핵 위협 가능성을 높인 것으로 평가된다.

핵탄두 소형화를 위해서는 고성능 고폭장약을 사용하고, 반사체의 무게, 두께를 최적화하고, 중성자 발생장치 및 기폭장치의 정밀화 등이 필요하다. 국방부 자료에 따르면 신생 핵개발 국가는 일반적으로 탄두중량 1,300kg~2,200kg에서 핵개발을 시작하는 것으로 평가된다.

최근에는 컴퓨터 모의 프로그램 발달, 고폭장약 기술 발전, 기계가공의 정밀도 향상 등으로 과거에 비해 핵탄두 소형화, 경량화가 수월한 것으로 보고있다.

현재 국가별 핵탄두 소형화 사례를 보면, 미국은 크루즈미사일에 110kg-150kt, 러시아는 255kg-200kt, 영국 350kg-100kt, 중국 600kg-200~500kt로 각각 잠수함발사탄도미사일에 장착이 가능하다. 인도의 경우는 탄도미사일에 500kg-12kt 수준을 보유하고 있다.

이에 비춰 북한이 주장한 '소형화, 경량화'는 인도 수준일 것으로 보인다.

북한은 핵물질 주위에 고폭장약을 설치하여 일시에 핵물질을 압축하여 핵폭발을 유도하는 내폭형 장치를 집중적으로 개발, 1980년대 후반부터 100여 차례 이상 고폭실험을 수행한 것으로 군 당국은 추정하고 있다. 내폭형 장치는 고농축우라늄과 플루토늄 핵물질 모두 가능한 것으로 일본 나가사키에 떨어진 팻맨(Fatman) 형이다.

핵무기 운반체계 또한 스커드, 노동, 무수단 미사일 등을 개발, 실전 배치했고, 대포동 2호, 신형 장거리미사일 개발 등 독자적인 미사일 개발능력을 보유하고 있어 이번 3차 핵실험에서의 소형화, 경량화 성공은 의미하는 바가 크다.

북한의 미사일 수준과 탄도장착 능력은 스커드 B미사일 탄도 중량 800kg, 스커드 C/D미사일 500~580kg, 노동1호 500kg~1톤, 무수단 650kg~1톤, 대포동 2호 650kg~1톤, IL-28폭격기 3톤이다. 즉 핵탄두 소형화, 경량화로 북한이 개발한 대부분의 미사일에 장착이 가능하다는 뜻이다.

북한 3차 핵실험의 위력에 대해 기상청이 감지한 북한 함경북도 지역 인공지진은 4.9 규모(최초 5.1)로 국방부는 10kt 이상의 위력을 지닌 것으로 추정했다. 앞서 2006년 1차 핵실험에서는 인공지진파 3.9규모로 1kt로 추정됐고, 2009년 2차 핵실험에서는 4.5규모로 2~6kt로 추정됐다.

그러나 뒤늦게 국방부는 10kt 추정치를 낮춰 6~7kt로 추정했다. 하지만 러시아 국방부는 7kt이상이라고 다른 평가를 내렸다.

이유야 어쨌든, 당초 국방부의 발표에 비춰, 이번에 북한의 핵실험 결과 추정된 10kt 위력은 2차 대전 당시 일본 나가사키(13kt)와 히로시마(22kt)에 떨어진 것과 비슷한 수준이다. 이에 대해 김민석 국방부 대변인은 "10kt 정도면 굉장한 파괴력이 있을 것"이라고 말했다.

북 3차 핵실험, '다종화'.. '고농축우라늄' (?)

북한의 발표대로 북한의 핵탄두 소형화, 경량화에 성공했다면, 과연 핵 물질이 고농축우라늄(HEU)인가 플루토늄(Pu)인가에 대해 관심이 집중된다. 1,2차 핵실험에서는 플루토늄 핵물질이 사용, 이번 3차 핵실험에는 HEU가 사용된 것으로 추정된다.

북 <조선중앙통신>은 "원자탄의 작용특성들과 폭발위력 등 모든 측정결과들이 설계값과 완전히 일치됨으로써 다종화된 우리 핵억제력의 우수한 성능이 물리적으로 과시되었다"고 발표 '다종화'에 관심이 집중되고 있다.

'다종화'라 함은 핵물질의 종류와 핵무기 기폭장치를 다양화했다는 뜻으로 풀이되는데, 이는 지난 핵실험에서 플루토늄을 사용한 내폭형 핵무기 기폭장치 개발이었다면, 이번 핵실험은 고농축우라늄 물질을 사용, 포신형과 내폭형 핵무기 기폭장치로 종류를 다양화하는데 성공했음을 시사한다.

이번에 북한이 HEU를 이용한 핵무기 개발에 성공했다면, 이는 포신형 방식 기폭장치를 개발했다는 의미도 된다. 포신형은 히로시마에 떨어진 리틀보이(Little Boy) 형으로 구조가 간단하지만 효율은 저조하다. 그리고 플루토늄은 자발핵분열 가능성 때문에 포신형에 적용할 수가 없다.

하지만 HEU는 포신 내부에 두 조각으로 분리한 뒤, 필요시 결합하여 핵폭발을 유도하는 방식이기 때문에 이번 3차 핵실험에서 HEU가 적용됐다면, 포신형 기폭장치 개발도 성공했을 수 있다.

이와 함께 나가사키에 떨어진 내폭형 방식은 플루토늄과 HEU 사용이 모두 가능하다. 내폭형 장치는 포신형 장치보다 폭발효율이 우수한 반면, 구조가 복잡하고 정교해 핵실험이 필요하다.

HEU는 핵폭발 임계질량이 15~20kg으로 6kg 정도인 플루토늄에 비해 크지만, 기폭장치는 HEU가 플루토늄에 비해 소형화, 경량화가 더 유리하다.

현재 북한은 매장량 약 2,600만 톤, 가채량 400만 톤의 양질의 우라늄 자원을 갖고 있으며, 핵 전문 인력도 약 3천여명인 것으로 파악되고 있다. 특히, 북한은 지난 2010년 지그프리트 헤커 박사를 초청, 우라늄 농축시설을 공개하며, 1천대 이상의 현대식 원심분리기 시설이 확인됐다.

그리고 북한은 2천대의 원심분리기를 설치하고 가동하고 있다고 주장, 연간 HEU 40kg 생산이 가능해 이번 3차 핵실험은 HEU 핵실험일 것으로 추정된다.