北 추가 핵실험 임박…국제사회 제재속 강행 예상

북한이 인민군 창건기념일인 오는 25일을 전·후해 5차 핵실험을 시도할 수 있다는 관측이 강하게 제기된다. 대북 전문 매체 자유아시아방송(RFA)은 20일 "(북한이)미리 4,5차 핵실험을 연달아 하려고 계획했을 것"이라는 스웨덴 안보개발정책연구소의 보고서를 인용 보도했다.

미국의 북한 전문 매체인 '38노스'의 경우도 북한 함경북도 길주군 풍계리 핵실험장 일대에서 핵실험 준비 차량으로 보여지는 사진을 공개하며 "핵실험 이 곧 실시될 가능성을 배제할 수 없다"고 보도했다.

특히 핵실험 절차가 까다롭다는 점을 고려하면 북한은 4차 5차 핵실험을 연달아 계획했다는 가능성을 배제할 수는 없다.

◆북한 5차 핵실험 목표는‥증폭핵분열탄?

북한은 지난 1월 6일 4차 핵실험을 감행한 후 "새롭게 개발된 첫 수소탄 시험에 성공했다"고 주장했다. 이에 따라 일각에서는 북한의 5차 추가 핵실험도 수소폭탄 실험이 될 수 있다는 가능성을 제시했다.

군 당국은 수소폭탄은 대량의 핵융합물질과 고도의 핵물리 기술을 필요로 하는 핵무기라는 점에서 "북한의 주장이 신뢰성이 낮다"고 일축했다.

수소폭탄은 핵분열탄을 1단 기폭제로 사용하는 다단계 무기로 고도의 융합기술을 요한다. 특히 수소폭탄 생산을 위해서는 핵무기 소형화 완성이 선제되어야 한다.

증폭핵분열탄 실험을 감행할 가능성도 제기된다. 증폭핵분열탄은 핵무기 내부에 수 그램의 중수소 ·3중수소, 고압가스 등 핵융합물질을 주입해 핵폭발 위력을 증가시키는 방법이다. 이러한 이유로 증폭 핵분열은 '핵소형화 기술의 집약체'라고 불리기도 한다.

북한의 경우 3중수소를 확보하지 못해 중수소를 흡착한 '리튬-6'를 이용할 가능성이 있는 것으로 알려졌다.

핵 전문가는 "수소폭탄까지는 아니지만 핵 소형·경량화 기술을 상당 수준까지 끌어올린 북한이 5차 핵실험에서는 핵탄두를 실제 폭발 시키는 실험을 진행할 가능성이 있다"고 추정했다.

◆북한이 핵 실험에서 사용하는 주요 원료‥플루토늄·고농축 우라늄

핵무기의 3대 요소는 핵분열성물질, 기폭장치, 운반체계 등으로 구성된다. 그 중 핵실험을 위해서는 핵물질 확보가 가장 중요하다.

핵실험 연료로 사용할 수 있는 물질은 플루토늄(Pu)과 고농축우라늄(HEU)이 있다. Pu와 HEU 모두 자연 상태의 천연 우라늄을 통해 얻어진다.

천연우라늄 U-235에는 핵분열 물질이 0.7% 가량이 포함되어 있다. U-235를 물리적으로 농축시켜 우라늄 함량을 90%까지 끌어올려야만 무기급 연료로 사용이 가능하다.

HEU를 얻기 위한 농축방법 중 상용화된 기술은 원심분리법과 기체확산법이다. 원심분리법이 기체확산법에 비해 소규모 시설, 높은 분리효율, 적은 전력소모 등 효율성이 뛰어난 것으로 알려졌다. 북한도 원심분리법을 사용 중이다.

원심분리법은 육불화우라늄 가스를 고속으로 회전 시켜 U-235를 분리하는 과정을 수천 번 이상 반복 해야 고농축우라늄을 얻을 수 있다. 핵무기 1개를 제조하기 위해서는 약 15~20kg의 HEU 가 필요하다.

플루토늄(Pu)은 천연우라늄 U-238이 원자로에서 핵 반응을 통해 변환되어야만 사용할 수 있다.변환 후 바로 사용가능한 것은 아니다.

원자로에서 꺼낸 Pu는 300도가 훨씬 넘어 냉각 과정 등 물질 재처리 기간이 필요하다. 북한은 약 4~6개월 간의 냉각 기간이 필요한 것으로 알려졌다.

군 당국에 따르면 현재 북한이 보유한 재처리 한 Pu는 40kg 전후로 추정된다.

국제적으로는 Pu 8kg을 핵무기 한계 제조량으로 보고 있지만, 핵 전문가들은 북한이 6kg으로도 핵무기 생산이 가능 한 것으로 분석한다.

◆풍계리 지하 핵실험장‥수평 갱도는 '소규모 핵실험'용

핵물질 만큼이나 중요한 것이 바로 핵실험장 설치다. 지하 핵실험을 위해서는 부지선정 및 갱도굴착, 핵무기 및 측정장비 설치, 케이블 연결과 갱도 되메우기, 핵실험 순의 절자를 거친다.

핵실험 방법은 수직핵실험과 수평핵실험으로, 수직핵실험은 안전성 요건을 충족한 지형 선정이 어렵고 무거운 실험 측정 장비등을 수직갱도에 설치하는 것이 쉽지 않아 북한은 수평갱도 시험을 실시하고 있다.

수평갱도는 비용이 많이 들고 건설 기간이 길다는 단점이 있지만 소규모 핵무기 위력 시험에 적합하다.

북한 풍계리 핵실험장의 갱도 구도는 핵폭발시 발생되는 충격파 효과를 최소화하기 위해 기존 핵보 유국가들의 선례를 준용한 것으로 추정된다.

또 현재 풍계리 서쪽, 남쪽갱도의 경우 핵실험 준비상태 고려 시 언제든지 추가 핵실험이 가능한 것으로 알려졌다.

◆한미  북한 핵실험 사전 탐지 가능할까…지진파 측정이 유일한 대안

포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO)의 공인 핵실험 탐지기술은 4가지로 지진파, 공중음파, 방사성핵종 탐지, 수중음파 탐지법이 있다.

주로 사용되는 것은 핵실험의 인공폭발로 인한 지진과 자연 지진의 파형 차이를 통해 식별하는 방법이다.

핵실험으로 발생한 지진파의 경우 S파에 비해 P파가 현저하게 관찰된다. 자연지진의 파형과 다르게 초기에만 파형이 크고 지속적으로 작아지며 단순해진다.

공중음파를 이용한 탐지는 핵 폭발 시 사람이 들을 수 없는 20Hz 미만의 공중 음파를 탐지하는 방법이다. 핵폭발 약 1시간이 지나야 탐지할 수 있다.

방사능핵종을 이용한 탐지 방법은 기상청등과 연계햐 핵실험 시 암반 균열 등을 통해 외부로 불확성기체를 포집해 핵실험 여부를 확인하는 방법이다. 주로 제논(Xe)과 크립톤(Kr)이 검출된다.

핵실험 후 늦어도 10일 이내 탐지해야 핵실험 여부 판단이 가능하다. 다만 탐지 위치, 풍향·풍속, 방사능 농도에 성공 여부가 달려있다.

정부는 북한의 1차 핵실험과 2차 핵실험때는 제논을 통해 핵실험 여부를 감지했지만, 4차 핵실험의 경우 조건이 충족되지 않아 파악하지 못했다.

◆핵 소형화 달성, 실전 배치 가능성은?

통상적으로 핵탄두가 탄두중량 1t, 직경 90cm 이하가 되어야 핵소형화를 달성했다고 인정된다. 핵 소형·경량화가 완성돼야 미사일에 탑재할 수 있기 때문이다. 핵 전문가들은 2~3년 안에 북한이 핵 소형화를 달성할 것으로 예상한다.

북한은 4차 핵실험 이후 지속적으로 핵 운반 체계 능력을 과시하는 중이다. 현재 스커드, 노동, 무수단 계열의 미사일 보유하고 있다.

지난 15일에는 사거리 3,500km로 미국 괌까지 타격 가능한 것으로 알려진 무수단(BM-25) 중거리 탄도 미사일(IRBM)을 발사했으나 상승 단계에서 폭발했다.

23일에는 동해상에서 잠수함발사탄도미사일(SLBM) 1발을 발사했지만 약 30km를 비행한 것에 그쳤다.