[특집 / 한국의 핵무장 가능한가] ‘6개월 내 핵무장 가능’ 주장하는 서균렬 서울대 명예교수 : 월간조선

러시아와 북한이 지난 6월 19일 군사동맹에 준하는 ‘포괄적 전략 동반자 관계에 관한 조약’을 체결하면서 동북아 안보 환경이 요동치고 있다. 특히 주목해야 할 것은 러시아가 국제사회의 금기를 깨고 북한의 핵 보유국 주장을 사실상 용인해준 사실이다. 가뜩이나 핵무기를 가진 북한과의 힘의 불균형을 고민하던 차에 러시아까지 가세하면서 수면 밑에 가라앉아 있던 ‘핵무장론’이 힘을 받는 형국이다. 국민의힘도 7·23 전당대회를 앞두고 당대표 출마자들이 저마다 핵무장의 필요성을 외치고 있다.

지난 6월 28일 서울 강남의 한 카페에서 만난 서울대 에너지시스템공학부 서균렬(徐鈞烈·68) 명예교수는 “미 대선이 다가올수록 한국의 핵무장 이슈는 미 정치권에서 쟁점화될 가능성이 높아 보인다”면서 “핵을 가진 러·북 두 나라가 군사동맹을 맺었다면 우리도 자구책(自救策)을 마련하는 건 당연한 일”이라고 했다.

서울대 원자핵 공학과를 졸업한 서균렬 교수는 매사추세추공과학대학(MIT)에서 핵·기계공학 박사 학위를 취득한 핵 공학자다. 석사 과정은 원자핵 공학과에서 고속증식로를, 박사 과정은 기계공학과에서 플루토늄을 압축하는 기술인 ‘내파 공학’을 연구했다. 그는 프랑스전력공사와 웨스팅하우스에서 핵 관련 업무에 종사했으며, 귀국 후 서울대 원자핵공학과에서 교편을 잡다 2021년 퇴임했다. 2023년 5월 한 라디오와의 인터뷰에서 후쿠시마 핵 폐수 해양 투기를 강행하는 일본 정부를 강하게 비판하는 등 현재 ‘핵을 문명(文明)이 아닌 문화(文化)를 위해 쓰자’는 ‘인문핵 운동’을 펼치고 있다.

“김정은, 중소형 원자로 건조 기술에 눈독”

북한은 2023년 신형 ICBM 화성 18호를 발사했다. 사진=연합뉴스

— 국가정보원 산하 국가안보전략연구원까지 나서 북한 핵 문제에 대응하기 위해선 전술핵 재배치나 NATO(북대서양조약기구)식 핵공유는 물론이고, 자체 핵무장에 재처리 권한까지 정부 차원에서 검토해야 한다고 주장했다.

“새삼스러운 이야기는 아니다. 과거 핵무장론이 여러 차례 수면 위로 올라왔다 가라앉기를 반복했기 때문이다. 지금은 그때와는 많이 달라 보인다. 김정은이 중국과 소원해짐을 감수하고 러시아 쪽으로 보험 든 것을 보면 뭔가 중대 결단을 내린 것 같다.”

— 북한이 러시아에 포탄과 미사일을 제공하는 대가로 무엇을 얻어내려는 것일까.

“미사일 기술과 핵무기 기술의 완성이다. 대륙간탄도미사일(ICBM)의 경우, 북한은 다탄두 개별유도(MIRV) 기술, 재진입(Re-entry) 기술을 필요로 한다. 게다가 극초음속미사일과 같이 초속 2km가 넘는 고공 활공체에 필요한 비행 제어와 목표 유도 기술을 보유한 국가는 현재 미국, 러시아, 중국뿐이다. 영국과 프랑스도 보유하지 못한 기술을 북한이 세계에서 4번째로 러시아의 도움으로 확보하려는 것이다.”

— 북한은 러시아와의 조약에서 평화적 핵 이용에 관해 협력하기로 했다. 북한의 불법적 핵무기 개발에 대한 면죄부를 주는 것은 물론이고, 러시아가 향후 북한의 핵개발을 돕겠다는 뜻 아닐까.

“러시아가 북한 핵개발을 돕겠다는 충분한 의심을 살 만한 조항이다. 핵 원료 양산과 원자로 기술이다.”

— 북한이 러시아에 원하는 핵 기술은 어떤 것일까.

“플루토늄(Pu)을 대량 생산할 수 있는 100MW(메가와트)급 실험용 경수로의 플루토늄 추출 능력을 향상시키는 것이다. 또 하나는 김정은이 눈독 들이는 핵추진잠수함에 들어가는 중소형 원자로 건조 기술을 받는 것이다.”

“북, 러시아 지원 받으면 퀀텀 점프 가능”

— 우리가 개발한 이른바 ‘스마트원전’이라 불리는 소형모듈원전(SMR)을 말하는 것인가.

“핵잠수함이나 항공모함에서 사용하는 바로 그것이다. 우리는 1997년 러시아 핵잠수함 제작사인 OKBM 아프리칸토프와 협력해 개발을 추진했다. 원자력연구원이 주도해 열출력 330MW, 전기출력 100MW짜리 일체형 원자로였다. 이후 핵추진잠수함의 원자로 설계 기술을 어느 정도 확보했을 것으로 보인다. 북한도 러시아의 중소형 원자로 기술을 가져올 것으로 본다. 그런데 미국의 입장에서 볼 때, 러시아가 핵추진잠수함용 원자로 기술을 북한에 제공하는 것은 ‘레드라인’을 넘는 것이다.”

— 그럼, 러시아는 어떤 방법으로 북한에 원잠 기술을 제공할까.

“인도가 2010년부터 러시아로부터 아쿨라(Akula)급 핵추진잠수함을 임대한 것처럼, 북한에 폐로(閉爐) 직전의 핵추진잠수함을 임대하는 방식을 택할 것이다. 북한은 러시아 핵추진잠수함의 원자로를 역설계해 원자로를 제작할 것이고, 러시아는 미국에 기술 제공을 하지 않았다고 ‘발뺌’을 할 것이다.”

— 푸틴 대통령은 “북한은 자체 방위력 강화와 국가안보, 주권 수호를 위해 합리적인 조치를 취할 권리가 있다”며 핵확산금지조약(NPT) 체제 밖에서 핵을 개발해온 북한에 힘을 실어주면서 ‘민수용 원자력 협력’까지 약속했다. 러시아가 도와준다면 얼마나 도움이 될까.

“양자역학적 용어로 퀀텀 점프를 할 수 있을 것이다. 통상 북한 스스로 한다면 2~3년이 소요될 기술과제들이 러시아의 도움을 받으면 완성 시점이 절반 정도 앞당겨질 것이기 때문이다.”

— 현재 북한이 핵개발 과정에서 가장 심혈을 기울이는 분야는 무엇인가.

“북한 영변 핵단지 내 25~30MW급 실험용경수로(ELWR)를 러시아의 도움을 받아 정상적으로 가동해 플루토늄 추출을 안정적으로 하려는 거다. 현재 실험용경수로는 추출량도 시원치 않고, 원활하게 가동되지도 않고 있다. 따라서 실험용경수로를 원활하게 가동하기 위해 ‘운전 기술’이 뛰어난 러시아와 손잡은 것이다. 북한은 플루토늄 비축량을 기하급수적으로 늘리려 하고 있지만 기술의 벽을 넘지 못하고 있다. 전력 생산과 원료 증식이라는 두 가지 목적으로 원자로를 설계하다 보니 정상 운전에 난항을 겪고 있는 것으로 보인다. 더욱이 허술한 안전 기준으로 살얼음판을 걷게 될 원자로가 한반도에 미치게 될 영향이 지금부터 우려된다.”

“북, 우라늄 농축 한계점 도달”

영변 핵시설은 북한 핵개발의 산실이었다. 사진=연합뉴스

— 북한은 새로 건설한 실험용경수로 외에 플루토늄 추출용 핵심 시설인 영변의 흑연감속로도 가동해왔는데.

“영변의 가스 냉각 5MW 흑연감속로는 수명기한이 차고 넘쳤다. 계속 사용할 경우 화재의 우려도 있다. 이 때문에 실험용경수로를 건설해 플루토늄을 다량 확보하려 했지만, 가동이 신통치 않다. 제대로 가동된다는 신호가 잡히지 않고 있다. 원자로 운전이 핵무기 제조보다 훨씬 어렵다는 것을 북한 당국이 뒤늦게나마 깨달았을 것이다.”

— 우라늄 농축은 하지 않고 있나.

“우라늄(U) 농축은 원심분리기와 엄청난 전력이 필요하고, 플루토늄 재처리는 생산용 원자로와 방사화학 공장이 필요하다. 핵 보유국들은 두 갈래로 핵폭탄을 만들다가 지금은 거의 다 플루토늄으로 만든다. 현재 북한은 우라늄 농축도 녹록지 않다. 원심분리기는 ‘전력을 먹는 하마’다. 북한은 전력 사정이 열악하기 때문에 우라늄 농축을 지속하기 곤란한 상황이다. 원심분리기의 수명 연한도 다하고 있다.”

— 1996년 무렵부터 농축 우라늄 프로그램을 시작한 것으로 보이는데, 현재 원심분리기를 몇 대나 가동하고 있나.

“8000여 개 정도다. 6만RPM(분당 회전 수)의 속도를 가진 고속 원심분리기는 우라늄 원광(原鑛)을 기체로 만들어 우라늄235를 추출하기까지 4000회 이상을 마구 돌리기 때문에 마모 현상이 심각하다. 게다가 원심분리기에 들어가는 자재인 고합금 알루미늄강은 북한이 자가 생산할 수 없을 뿐만 아니라 수입도 쉽지 않다. 우라늄 농축의 한계점에 도달한 것으로 보인다.”

— 북한이 2017년 9월 3일 함경북도 길주군 풍계리에서 6차 핵실험(10만~30만t 규모)을 한 이래 7차 핵실험을 하지 않는 것이 이상하다.

“북한이 남한의 총선, 미국의 대선이나 독립기념일을 앞두고 7차 핵실험 예고를 해왔었다. 그때마다 나는 북한이 더 이상 핵실험을 하지 않을 것으로 봤다. 북한의 만탑산(萬塔山, 해발 2205m)의 6차 핵실험은 수소폭탄급으로 히로시마와 나가사키의 25배 위력이다. 한 차례 실험할 때마다 산의 가장자리가 1.5m, 산 정상이 2~3m 정도 떴다가 가라앉았다는 계산이 나온다.”

— 6차에 가까운 핵실험으로 만탑산 핵실험장 시설에 문제가 있다는 외신 보도도 나왔는데, 그걸 말하는 것인가.

“산도 사람처럼 피로를 느낀다. ‘산 피로 증후군(Mountain Tired Syndrome)’이라 한다. 6차 핵실험 때 균열이 많이 갔고, 갱도들도 다 무너졌다. 길주군 주변의 식수원(食水原)도 다 오염됐다. 만탑산이 히로시마나 나가사키급 5배 정도의 핵실험을 한 차례 정도는 더 견딜 수 있으나, 그 이상은 어려울 것이다.”

북한 핵무기 소형화 달성 가능성

— 북한이 핵무기 ‘소형화’를 위해 안간힘을 쓰는 것 같다.

“소형화 목적은 미국을 공격할 대륙간탄도미사일(ICBM)에 싣기 위해서다. 그동안 북한은 핵을 싣지 않은 빈 미사일만 허공에 쏘는 ‘택배 기사’ 노릇만 해왔다. 만약 북한이 핵무기 소형화(miniaturization)에 성공하면 택배 기사가 무시무시한 ‘택배 화물’을 손아귀에 넣는 셈이다. 미국 대선에서 트럼프가 재선에 성공하면, 트럼프는 북한과 ‘핵동결’에 합의하고, 주한미군을 서둘러 철수할 가능성도 있다.”

핵무기의 기폭 방법에는 포신형(Gun type)과 내폭형(Implosion type)이 있다. 포신형은 우라늄탄에 사용하는데, 원통 속에 임계량의 우라늄을 2개로 나누어 넣고, 화약의 힘으로 한쪽 우라늄 조각을 다른 쪽 우라늄 조각에 합쳐 임계 상태가 되도록 해 폭발이 일어나게 한다. 반면, 내폭형은 플루토늄 같은 핵분열 물질을 공 모양으로 내부에 배치하고, 주위를 폭약으로 둘러싼 후, 한꺼번에 폭약을 폭발시켜 순간적으로 고르게 압력을 가해 임계 상태에 도달하도록 유도하는 것이다. 서 교수는 “소형화는 바로 이 플루토늄탄의 폭발압력장치를 작게 하는 것인데, 최근엔 소형화, 경량화돼 거의 축구공만 한 크기로 줄었다”면서 “놀라운 과학의 발전”이라고 했다.

— 북한의 소형화는 어느 정도까지 달성했다고 볼 수 있을까.

“소형화는 어려운 기술은 아니기 때문에 지금쯤 어느 정도 소형화에 성공했을 것으로 추정된다.”

— 2006년 첫 핵실험 이후 왜 소형화에 시간이 많이 걸렸을까.

“북한의 내폭을 위한 재래식 폭약 기술이 어느 정도인지 의심스럽다. 미국은 79년 전인 1945년 첫 핵실험 이후 5년 만에 내폭 방식을 개선하며 소형화에 성공했다. 북한이 1~6차 핵실험까지 걸렸던 시간, 다시 말해 2006년 1차 핵실험부터 지금까지 17년 이상 걸렸다는 것은 그만큼 과학 기술력이 낙후돼 있다는 것을 방증한다.”

— 북한이 소형화 기술을 확보했다면, ICBM에 실어 발사실험을 해야 하지 않을까.

“ICBM에 소형화한 핵탄두를 실어 공해상으로 쏠 수는 없을 것이다. 방사성 낙진 때문에 발각된다. 러시아와 중국도 북한 편을 들어주기 쉽지 않을 것이다. 따라서 북한은 핵 물질을 ICBM에 넣되 폭발하지 않는 미임계실험(Subcritical Test·임계 전 핵실험)을 하지 않을까 생각한다.”

한국, 플루토늄 100t 보유

일본 아오모리현 롯카쇼무라 핵연료 재처리 공장. 사진=조선DB

— 지난해 캠프데이비드 한미 정상회담에서 우리는 ‘워싱턴 선언’을 통해 사실상 핵무기 보유를 포기하는 선언을 했다.

“우리의 핵무장 포기는 역사가 있다. 1988년 이후 정권을 잡은 노태우(盧泰愚) 대통령은 비핵화를 추진했고, 1991년 당시 세계 3위 규모의 1000기(998기) 가까운 전술핵무기가 모두 미국으로 돌아갔다. 그동안 해오던 핵무기 개발 계획도 모두 백지화됐다. 정통성이 약한 군사정부가 정권을 인정받으면서 핵 주권을 포기한 것이다.”

— 반대로 일본은 1980년대부터 본격적으로 미국을 상대로 핵무장 준비를 해왔다.

“일본은 나카소네 야스히로(中曾根康弘) 총리 때부터 치밀하게 미국을 ‘구워삶아’ 플루토늄 재처리와 우라늄 농축 권한을 확보했다. 현재 이바라키현 도카이무라에서 우라늄 농축을 하고 있고, 아오모리현 롯카쇼무라의플루토늄 재처리 시설이 올해 가동에 들어갈 예정이다. 이미 약 50t 가까이 플루토늄을 국내외에 보유하고 있다. 50t의 플루토늄은 핵무기 1만2500개를 만들 수 있는 양이다.”

— 우리는 원자력발전소 25기를 가동하고 있다. 특히 천연 우라늄을 농축 과정 없이 그대로 사용하는 월성 원전의 중수로는 플루토늄 대량 생산이 가능하다고 알려졌다.

“우리나라도 사용 후 핵연료가 1만t 넘게 있는데, 발전소 내 냉각 수조와 야외 건식 용기를 통해 보관하고 있다. 그걸로 플루토늄을 추출한다면 100t가량 될 것이다. 그중 핵무기 제조 물질로 쓸 수 없는 불순물에 해당하는 플루토늄240을 제외하고 순도가 높은 플루토늄239는 100t 가운데 80t쯤 될 것이다. 약 80t이라면 핵무기 2만 개를 만들 수 있는 양이다. 우리는 일본과 달리 한미원자력협정, 핵무기비확산조약(NPT), 포괄적핵실험금지조약(CTBT) 등에 묶여 있기 때문에 만들 수 없다.”

— 국제 비확산 체제에서 공공연히 한국과 일본을 ‘마음만 먹으면 언제든 핵무장을 할 수 있는 나라’로 분류하고 있다.

“우리도 일본 못지않은 핵 기술을 보유하고 있다. 하지만 일본은 미국의 묵인하에 우라늄과 플루토늄을 확보하면서 중국과 북한을 능가하는 잠재 핵 보유국이 됐다. 일본식 표현으로 ‘도라이바만 돌리면 즉시 핵무기를 조립한다’는 말이 농담이 아닌 것이다. 우리도 핵 보유 금지에 관한 국제적 규약의 제약을 받지만, 기술력으로 따진다면 단기간에 핵무기 생산이 가능한 나라다.”

땔감, 아궁이, 불쏘시개

윤석열 대통령은 작년 4월 28일 미 하버드대 연설에서 한국의 핵무장 능력에 대해 언급했다. 사진=뉴시스

— 윤석열(尹錫悅) 대통령이 지난해 4월 미 하버드대 연설에서 한국은 마음만 먹으면 1년 이내에 핵무장할 기술 기반이 있다고 이야기했다.

“허세가 아니다. 히로시마나 나가사키급 TNT 1.5~2만t급 핵무기는 8주면 개발이 가능하고, 위력을 높인 10만t급 핵폭탄을 개발한다면 1년가량 시간이 필요하다. 국내 전문가 대다수가 ‘일단 결심하면 기술적으로 핵무기를 만드는 것은 복잡하지 않다’는 데 공감한다. 핵무기 제조 기술은 첨단 기술이 아니기 때문이다. 구닥다리다.”

— 첨단 기술이 아니라니?

“핵무기 제조 기술은 지금으로부터 80년 전인 20세기의 ‘원시 기술’이다. 나가사키에 투하한 플루토늄탄의 내폭 설계도면이, 공차(허용오차·tolerance)까지는 나오지 않지만 인터넷에 돌아다닌다. 물론 줄리언 어산지가 만든 《위키리크스》 같은 매체를 통해 미 정부 기밀문서들이 대량으로 유출된 것이다.”

— 그렇다면 공대생도 핵무기를 만들 수 있단 말인가.

“핵 기술 자체는 다 공개돼 있는 단순한 기술이다. MIT 대학원생이 차고(車庫)에서 만들 수 있는 그런 기술이다. 자금(資金)과 인력(人力)만 있으면 가능하다. 인터넷에 돌아다니는 설계도면으로 3차원 인쇄기(3D프린터)를 이용해 원자로 부품을 제작할 수 있다. 우라늄도 다국적 전자상거래 이베이(eBAY)를 통해 4kg 정도를 구입할 수 있다면 내폭형으로 저위력 핵탄두를 만들 수 있다.”

1945년 7월 16일, 미국 뉴멕시코주 사막 지역에서 인류 최초의 핵실험이 실시됐다. 이날을 기점으로 지구엔 인류가 지구 기후와 생태계를 변화시켜 만든 새로운 지질시대를 뜻하는 ‘인류세(人類世)’가 시작됐다. 당시 코드명이 ‘트리니티(Trinity)’였다. 시(詩)를 즐기던 오펜하이머가 존 던(John Dunne)의 시구를 인용한 것이다. 맨해튼 사업은 2년 8개월 만에 핵폭탄 개발에 성공한다. 서 교수는 “우라늄 농축, 플루토늄 재처리, 내폭 기술 등 3가지 기술이 합쳐지면 성경의 ‘삼위일체’처럼 완전한 합체가 된다”면서 “우라늄이나 플루토늄이란 땔감에 그것을 태우는 아궁이(내폭), 그리고 불쏘시개인 중성자 발생이라는 세 가지 기술이 갖춰져야 핵연료가 잘 탄다는 뜻”이라고 했다.

— 핵무기를 만드는 데 필요한 핵심 기술은 무엇이 있나.

“크게 보면 플루토늄 추출 기술, 우라늄 농축 기술, 내폭 기술 등 3가지다. 유체역학을 이용해 핵연료를 폭파시키는 내폭 기술자를 우리는 ‘아궁이 기술자’라고 하고, 아궁이에 태울 핵연료를 제조하는 기술자를 ‘땔감 기술자’라고 한다.”

정예인력 150명만 투입하면 충분

맨해튼 계획의 주역이었던 글로브스 장군(가운데)과 오펜하이머 박사(글로브스 왼쪽)는 일본 히로시마와 나가사키에 원폭이 투하된 후인 1945년 9월 9일 최초의 원폭 실험이 있었던 현장을 둘러보았다.

— 우리나라에 핵 관련 기술자는 몇 명 정도 있나.

“아궁이와 땔감, 두 파트의 박사급 기술자는 대체로 1000명 정도로 추산된다. 그런데 아궁이 기술자 대부분은 땔감을 천천히 태우는 원전 기술자들이 대부분이다. 나의 경우, MIT 기계공학과에서 스승인 로젠하우 교수에게 특수과제로 두 학기 동안 ‘내폭 기술’에 대해 배웠다. 우리나라에도 세계적인 핵 과학자들이 있다. 나는 3세대에 해당한다. 1세대들이 외국에서 기술을 배워와 2세대에 원자력 발전을 이룩했다면, 3세대들은 이걸 4차 산업혁명에 걸맞게 정착시키는 작업을 하는 것이다.”

서 교수는 “인공지능과 함께 미래를 향해 발맞춰가는 것이지만, 안타깝게도 한반도는 신냉전의 최전선에서 북한은 물론 중국과 러시아의 핵에도 대처해야 하는 숙명을 안고 있다”며 “미국의 핵우산도 좋지만 진정 평화를 원한다면 전쟁에 대비해야 할 것이다. 그것이 바로 독자 핵무장”이라고 했다.

— 미국의 핵개발 프로젝트 사업인 ‘맨해튼 프로젝트’처럼 집중적으로 개발한다면 150명 정도의 정예요원이 8주가량이면 플루토늄 기반 시제품을 만들 수 있을 것이라고 주장했다. 핵무기 개발까지 8주면 가능하다고 말한 근거는.

“원자력 학계의 한 원로와 함께 계산한 것이다. 우리가 나가사키에 떨어진 플루토늄탄을 얻는 기간에 1.5배를 곱해서 나온 시간이다. 오펜하이머가 주도한 맨해튼 사업처럼 3000여 명의 과학 기술자가 모일 필요도 없다. 150명의 기술자면 충분하다고 한 까닭은 내폭 기술에 50명, 우라늄 농축에 50명, 플루토늄 재처리에 50명을 투입하려는 것이다. 만약을 대비해 우라늄과 재처리 양쪽에 인력을 투입하는 것으로 상정했다.”

— 유사시 핵무기를 즉각 제조하려면 정부에서 핵심 인력을 파악하고 있어야 할 텐데.

“우리나라에 1만 명 정도의 기술자가 있다. 고급 기술 인력은 여러 영역에서 활용이 가능하기 때문에 지금 사방에 흩어져 있다. 한화, 삼성, LG, 현대, 두산, 원자력연구원, 국방과학연구소…. 관현악단으로 치면 현악기, 타악기 주자들이 있는데, 이분들을 다 모아야 훌륭한 오케스트라가 된다. 무선통신 시대여서 정부가 확실하게 파악만 하고 있다면 국가 위기 상황일 때 일주일이면 한자리에 모일 수 있다고 생각한다.”

‘브레이크 아웃 타임’

— ‘브레이크 아웃 타임’이란 핵무기 제조를 결심한 시점부터 ‘무기급 핵 물질’을 확보하는 데까지 걸리는 시간을 일컫는다. 맨해튼 사업엔 대학, 연구소, 군대를 비롯해 연인원 13만 명에 20억 달러가 투입됐다. 실전배치까지 포함해 핵무기 개발의 전 과정에 소요되는 비용은 얼마나 들까.

“1조원가량으로 산출했다. 기본적으로 플루토늄 재처리, 우라늄 농축, 내폭 기술에 3000억원씩 잡고, 예비비로 1000억원을 생각했다. 이렇게 하면 TNT 2만t급 3기를 만들 수 있다. 실전배치까지는 1년 정도 소요될 것이다. 실제로 내폭보다 우라늄 농축, 플루토늄 재처리에 돈이 가장 많이 들어간다. 맨해튼 사업 때는 미국에서 생산되는 전력의 3분의 1 정도를 우라늄 농축에 써야 했다는 말이 있었을 정도다. 플루토늄 추출을 위해 원자로를 건설한 것에도 상당 비용이 들어갔다. 그런데 우리의 경우, 천만다행으로 가동 중인 원자로가 있어 시간과 비용이 상당 부분 절약된다. 게다가 원전 부지엔 발전용으로 들여온 저농축 우라늄도 다량 쌓여 있다. 비록 소량이지만 레이저 농축과 플루토늄 추출도 몇십 년 전 이미 해본 경험이 있다. 그때 얻었던 지식이 아직 어딘가 살아 있을 것이다.”

— 북한은 핵개발에 얼마나 들였을까.

“이런저런 여건을 따져봤을 때 1조~2조원의 비용이 들지 않았을까 싶다. 핵실험에도 회당 1000억원, 2023년 기준으로 총 6회 시험을 했으니 6000억원이다. 북한은 공산주의 국가라 대략 1만여 명의 기술자가 동원됐을 것으로 보이나 인건비는 들어가지 않았을 것이다. 적어도 개발 비용이 총 2조원은 넘지 않았을까 추정한다.”

— 8주 만에 핵무장 가능하다는 교수님 주장이 신빙성이 없다고 하는 분들도 꽤 있더라.

“특히 학계에서 비판하는 사람들이 많다. 오죽하면 적(籍)을 두고 있는 서울대 원자핵 공학과에서도 축출하겠다는 소리까지 나왔다. 우리는 한미원자력협정이란 큰 우산 아래서, 핵이라는 단어를 말하는 것 자체가 금기다. MIT 원자핵공학과 워렌 로제나우 교수에게 배운 핵무기 관련 유체역학을 기술적으로 이해하는 학자는 국내에 존재하지 않는다. 플루토늄과 우라늄은 ‘식자재’에 지나지 않는다. 이것을 조리하는 솜씨에 따라 ‘슈퍼탄’이 될 수도, ‘불발탄’이 될 수도 있다. 이것이 내가 배운 내폭 공학이다.”

‘88 프로젝트’

— 우리의 핵무기 연료를 88%까지 확보하자는 취지에서 김영삼(金泳三) 정부 시절 ‘88 프로젝트’라고 해서 플루토늄 재처리를 시도한 것으로 알고 있다.

“군 복무를 마치고 1979년 봄 원자력연구소에 들어가 노심계통연구실에서 일했는데, 실장은 MIT 출신 임창생(林昌生, 작고) 박사였다. 앞서 얘기했지만 여기서 훗날 몇몇 과학자가 호기심 차원에서 우라늄을 농축하고, 플루토늄을 추출해보았다. 아주 적은 양이었다. 그 실험 이후 벌써 40년이란 세월이 흘렀다. 핵 관련 기술의 진보는 상상을 초월한다.”

서 교수는 “얼마 전 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 핵융합 연구 시설에서 레이저 핵융합에 성공했다”며 “레이저란 기술이 이 정도로 상용화되고, 그 절반만 가더라도 레이저로 대량 농축이 가능한 것”이라고 했다. 이어 “로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 별칭이 ‘Laser, Laser, Nothing but Laser’인데 미국처럼 우리도 레이저법을 이용한 우라늄 농축과 플루토늄 내폭으로 넘어가야 한다”고 했다.

— 과거의 우라늄 미량 농축과 플루토늄 재처리 결과물이 남아 있나.

“물론 IAEA에 신고하고 청소한 상태라서 결과물들은 없을 것이다. 하지만 연구 결과치가 누군가의 머릿속에 남아 있을 것이다. 우리의 경우, 탄두를 만들어 미임계실험으로 핵무기 개발 성공 여부를 판단할 수준이다. 그것을 슈퍼시뮬레이션이라고 한다. 요즘 유체역학 도구가 발전해 전산 도구를 통해 내폭을 계산하는데, 유체역학 계산 도구도 자체적으로 개발했다.”

내폭 기술

이란 핵시설에 설치된 원심분리기. 사진=뉴시스

내폭은 기체역학인데, 다시 말해 충격파 공학이다. 핵폭탄은 30만 기압 정도의 압력을 가해야 핵분열이 가능한 질량이 된다. 자몽만 한 플루토늄 덩어리가 압력을 받아 자두만큼 작아지는데, 이 크기가 핵반응을 위한 임계 체적이다. 30만 기압은 6t 무게의 코끼리 50만 마리가 1000만분의 1초 동안 한 치의 오차도 없이 입체각 360도로 정확한 구(球) 모양을 유지하면서 동시에 누르는 것이다. 30만 기압의 압력을 만드는 방법이 바로 RDX나 TNT 등 재래식 폭약이다. 내폭에 성공하면, 자두만 한 플루토늄에 중성자를 쏘아 핵분열 연쇄반응을 일으키는 것이다.

— 그동안 내폭 기술은 일반인들에게 거의 알려지지 않았다.

“혹자는 내폭(內爆)보다 내파(內破)라고도 한다. 다시 말해 내폭에 100만분의 1초, 핵폭발에 100만분의 1초(정확히는 1억분의 83초) 도합 100만분의 2초 내에 핵폭발 과정이 종결되는 것이다.”

— 우라늄탄이 플루토늄탄에 비해 불발 가능성이 적다고 알려졌다.

“우라늄탄은 거의 확실하게 터진다. 우라늄은 자연계 원소(元素)라 모아놓으면 안정돼 있다. 1977년 난생처음 맑은 물속에서 파랗게 빛을 내뿜는 우라늄에 첫눈에 반했다. 처음으로 핵과 만나는 순간이었다. 그러나 플루토늄은 자연계에 존재하지 않는 원소다. 우라늄235가 분열해서 열을 내고, 우라늄238은 중성자를 하나 받아 플루토늄239로 원자로에서 태어난다. 일단 플루토늄239였다가 중성자 하나를 잡아먹어 플루토늄240이 되면서 잘 타지 않는 성질로 바뀐다.”

— 플루토늄은 질산 등 화학적으로 추출하기 때문에 유효기간이 있다는 이야기가 있는데.

“맞는 이야기다. 핵분열이 잘되는 플루토늄은 플루토늄239인데, 중성자에 노출되면 금세 플루토늄240이 돼버린다. 불발 가능성이 높아진다. 우리가 우라늄을 농축도(濃縮度)로 이야기하고, 플루토늄을 순도(純度)로 표시하는 것도 이런 이유다. 그래서 플루토늄은 짧게는 6개월, 길게는 1년을 넘기지 않아야 한다. 그래서 불순물을 포함한 플루토늄도 태울 수 있는 고도의 내폭 기술이 중요한 것이다.”

“북한 플루토늄탄 사용 못 할 수도”

— 북한이 1990년대 중반부터 만든 플루토늄탄은 시간이 갈수록 문제가 생기는 것인가.

“북한이 보유한 50여 기 중 상당수에 해당하는 플루토늄탄은 시간이 지나면서 순도가 계속 떨어질 것이다. 북한은 아직 핵탄두를 만들기에 급급한 상황이라 유지에 관해서는 신경을 쓰지 못할 것이다. 하지만 김정은 자신도 시간이 갈수록 플루토늄탄의 성능에 대해 불안감을 갖게 될 것이다. 북한이 공급한 미사일과 포탄이 우크라이나 전장에서 불발률이 상당한 것을 보면, 핵무기의 불발 가능성 또한 매우 높을 것이다.”

— 핵 유지 비용을 고려해야 한다는 이야기도 나온다. 미국의 경우, 매해 천문학적 예산을 들인다. 미 의회예산처(CBO)가 지난해 추계한 2023~2032년 미국의 핵전력 유지 비용은 7560억 달러(약 1050조3100억원)로 나타났다. 한국 연간 국방비(약 57조원)의 20배에 가까운 수치다.

“플루토늄은 유지비용이 많이 들어간다. 불순물이 나오는 플루토늄을 잘 태울 수 있는 내폭 기술의 중요성이 그래서 주목받는 것이다. 유지 관리비용 때문에 핵 보유국들은 내폭 기술 향상 쪽에 관심을 두고 있다. 그리고 100만t급, 50만t급이 아닌 10만t, 1만t, 100t 등 저위력 탄두로 가고 있다. TNT 100t이라고 해도 엄청난 파괴력이다. 미국이 투하한 재래식 폭탄 중 가장 큰 폭탄인 마더 오브 올 폭탄(MOAB)도 11t 위력에 불과하다.”

구멍 뚫린 핵우산

— 한미원자력협정만 해도 한국의 사용 후 핵연료(고준위 방사성폐기물) 재처리를 원칙적으로 금지하고, 우라늄은 20% 미만까지만 협의하에 농축할 수 있도록 하고 있다. 미국과의 합의 없이는 핵개발 시도 자체가 불가능한 상황이다.

“맞다. 미국 의회의 문턱을 넘기가 쉽지 않다. 지난 5월 24일 워싱턴 미 외교협회(CFR) 주최 포럼에 나온 커트 캠벨 미 국무부 부장관은 현재의 억제력으로도 충분하다고 했다. 이건 무슨 뜻인가. 한국의 자체 핵무장 주장은 물론, 미 의회 등에서 제기된 전술핵 재배치와 핵공유 요구에도 선을 그은 것이다. 아직은 꿈도 꾸지 말란 이야기다.”

— 이명박(李明博) 정부 때도 핵물질 확보를 위해 영국과 협의도 벌였고, 2015년 원자력협정 협상 때 박근혜(朴槿惠) 정부가 핵 재처리 능력 확보를 위해 부단한 외교적 노력을 기울였지만 미국은 요지부동이다.

“박정희 대통령이 베트남전 참전을 결단한 것처럼, 국가안보를 위해 미국과 사생결단의 담판을 벌여야 한다. ‘너희가 허락하지 않으면 우리가 은밀하게 할 수도 있다’는 암시를 주어야 한다. 일본의 경우 러시아와 중국 세력의 안보 방파제를 자처하면서 미국이 거부할 수 없는 상황을 만든 것이다. 올 초 북한이 극초음속미사일을 성공적으로 시험발사 했다고 발표했다. 핵탄두를 장착한 극초음속미사일이 60초면 우리 머리 위로 날아오고 핵우산은 구멍이 뚫린 판국에 무엇을 망설인단 말인가.”

서균렬 교수는 “지아비와 핵폭탄은 절대 나눠가질 수 없다”며 “처음부터 미국에 의존하지 않고 잠재력을 갖추는 쪽으로 갔어야 했다”고 했다. 그러면서 “핵공유, 전술핵 재배치, 전략무기 전개는 우리에게 평화시엔 안정감을 주겠지만, 근본적 처방이 아닌 ‘진통제’에 불과하다”며 “자체 핵무장만이 실효적으로 북핵 억제 효과를 낼 수 있는 ‘항생제’”라고 했다.⊙