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대포동미사일 시험발사, 재처리시설 재가동이 미국의 레드라인

북핵문제 관련 퍼그워시 워크숍 참가기

  • 글: 강정민원 자력정책센터 연구위원·핵공학박사 jmkang55@hotmail.com

대포동미사일 시험발사, 재처리시설 재가동이 미국의 레드라인

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핵 위기 해결에 또 한 가지 중요한 쟁점은 북한의 핵물질 현황 및 생산능력이 과연 어느 정도인지 정확히 파악하는 것이다. 미국은 북한이 핵무기 1~2기 분량의 플루토늄을 확보하고 있으며 재처리에 들어갈 경우 수개월 내에 핵무기 4~6기 분량의 플루토늄을 추출할 수 있을 것이라고 주장해왔다. 이러한 분석은 과연 어떤 경로를 통해 도출된 것일까.

먼저 북한의 플루토늄에 대해 알아보자. 공개 자료에 의하면 현재 재가동중인 영변의 5MWe 흑연로는 1986년부터 가동을 시작했고 1989년 3개월간 운전을 정지해 사용후 핵연료를 상당량 방출했다. 이때 방출된 사용후 핵연료에는 6~8kg 정도의 플루토늄이 포함되어 있는 것으로 추정된다. 또한 1965년부터 가동하기 시작한 영변의 IRT-2000 연구용 원자로에서 방출한 사용후 핵연료는 2~4kg 정도의 플루토늄을 포함하고 있을 것으로 IAEA는 추정하고 있다. 이를 바탕으로 미국은 북한이 핵무기 1~2기 분량의 플루토늄을 확보하고 있다고 분석하고 있는 것이다(핵무기 1기당 필요한 플로토늄의 양은 대략 5kg 내외).

북한이 이번에 동결을 해제한 5MWe 흑연로에서 나온 8000여 개의 사용후 핵연료는 25~30kg의 플루토늄을 포함하고 있는 것으로 추정되고 있으며 북한은 이들 사용후 핵연료를 3월10일 현재 가동을 준비중인 영변 재처리시설에서 언제든 재처리해 단기간 내 상당량의 플루토늄을 추출할 수 있다.

재가동중인 영변의 5MWe 흑연로는 열출력이 20~25MWth로 알려져 있으므로 다음과 같은 플루토늄 생산량 계산식에 의거하여 북한의 연간 플루토늄 생산량을 대략적으로 추정할 수 있다. 원자로의 연간 가동률을 70% 혹은 80%로 가정했을 경우의 추정 결과는 과 같다.

플루토늄 생산량 = 원자로 열출력 × 단위 열출력당 일일 플루토늄 생산량 × 365일 × 연간 원자로 가동률



흑연로의 경우, 단위 열출력당 일일 플루토늄 생산량은 약 0.9g/MWth-d. 이를 대입해보면 영변의 5MWe 흑연로는 연간 약 5~7kg의 플루토늄을 생산할 것으로 예상된다.

제네바합의로 1994년 공사가 중단된 영변의 50MWe(열출력 200MWth) 및 태천의 200MWe(열출력 800MWth) 흑연로는 건설을 재개하면 각각 1년 및 2~3년 내에 완공될 것으로 예상된다. 이들 원자로는 5MWe 흑연로에 비해 출력에 비례하는 만큼 더 많은 플루토늄을 생산할 수 있는데, 연간 가동률을 80%로 가정할 때 50MWe 흑연로는 연간 53kg, 200MWe 흑연로는 연간 210kg의 플루토늄을 생산할 것으로 추정된다. 어마어마한 양이다.

그렇다면 북한의 재처리시설은 위에서 설명한 사용후 핵연료에서 어느 정도 속도로 플루토늄을 추출할 수 있을까. 1992년 IAEA가 영변의 재처리시설을 처음 방문했을 때 첫 번째 공정 라인은 이미 사용후 핵연료에 대한 재처리를 수행한 이후였다. 1994년 3월 IAEA 사찰관은 영변의 재처리시설 내에 첫 번째 공정 라인과 거의 같은 규모의 두 번째 공정 라인이 완공 직전이라고 보고한 바 있다.

“제조할 수 없다고 말할 수 없다”

북한의 보고에 따르면 영변 재처리시설 첫 번째 공정 라인의 재처리 규모는 1일 8시간, 연간 200일 동안 가동한다고 보면 연간 25t의 사용후 핵연료를 처리할 수 있는 규모다. 미국의 정통한 북한핵문제 전문 연구소는 “북한의 보고는 실제를 다소 축소한 것일 것”이라고 보고한 바 있다. 이를 감안하면 영변 재처리 시설의 재처리 능력은 대략 와 같이 추정할 수 있겠다.

종합해보면 영변 재처리시설은 첫 번째 공정 라인만으로도 연간 약 25~113 t의 사용후 핵연료를 재처리해 그 속에 포함된 플루토늄을 추출할 수 있는 것으로 보인다. 그러므로 영변 재처리시설의 첫 번째 공정 라인을 24시간 가동하면 약 50t 무게인 8000여 개의 사용후 핵연료는 133일(약 4.5개월)이면 전량 재처리해 그 속에 들어 있는 25~ 30kg의 플루토늄 중 90%(플루토늄 추출시 약 10% 정도의 공정손실이 발생한다고 가정)에 해당하는 22.5~27kg의 플루토늄을 추출할 수 있다는 결론이 나온다. 이는 핵무기 4~5기에 해당하는 분량. 즉, 영변 재처리시설의 첫 번째 공정 라인의 가동으로 대략 한 달에 핵무기 1기 분량의 플루토늄을 추출할 수 있다고 예상할 수 있다.

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글: 강정민원 자력정책센터 연구위원·핵공학박사 jmkang55@hotmail.com
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