북한이 13일 전격적으로 공개한 우라늄 농축기지는 자연상태에 있는 우라늄을 무기용으로 사용할 수 있도록 농축하는 시설이다. 조선중앙통신의 보도 사진을 보면 김정은 북한 국무위원장이 원심분리기를 살펴보는 모습이 나온다. 원심분리기는 자연상태의 우라늄을 핵물질로 만들 수 있는 핵심 기기다. 홍민 통일연구원 선임연구위원은 “우라늄의 동위원소는 3가지인데 이 중에서 핵분열성 물질인 우라늄-235의 비율을 높이는 장치 중 하나가 원심분리기”라고 설명했다.
북한은 자체적으로 원심분리기 생산능력을 갖춘 것으로 추정된다. 북한은 1983년 원심분리기 원료인 육불화우라늄 생산 공정을 개발한 것으로 알려졌다. 이후 1990년대 말부터 2000년대 초에 파키스탄의 핵과학자 압둘 칸 박사로부터 P1형 원심분리기와 P2형 원심분리기 설계도를 받은 후 우라늄 농축기술 개발에 본격적으로 나선 것으로 전해졌다.
자연상태의 우라늄은 우라늄-234, 우라늄-235, 우라늄-238로 구성돼 있다. 우라늄-235 비율은 0.72%이고, 우라늄-238 비율이 99.27%이다. 핵무기 제조를 위해서는 우라늄-235 비율을 90% 이상으로 높인 고농축우라늄(HEU)이 필요하다. 여기에 원심분리기가 활용된다.
원심분리기는 가스 화합물을 고속으로 회전하는 용기에 넣는 방식으로 이뤄졌다. 가장 무거운 원자인 우라늄-238은 용기 외벽을 향해 이동하지만, 가벼운 원자인 우라늄-235는 축에 더 가깝게 유지된다. 이를 추출해 다른 원심분리기로 보내는 절차를 거치면 우라늄-235 비율이 늘어난다. 하지만 비율이 늘어나기까지 여러 번 반복해야 하기 때문에 다수의 원심분리기를 이어놓고 옮기는 절차가 필요하다.
이번에 공개한 우라늄 농축기지 사진에 기다란 원통 모양의 원심분리기가 줄을 지어 늘어서 있는 것도 HEU를 생산하기 위한 것이다. 이처럼 우라늄이 원심분리기를 여러 번 거칠 수 있도록 이어붙인 게 캐스케이드다.
북한의 초청으로 지난 2010년 영변 핵시설 내 우라늄농축시설을 참관한 시그프리드 헤커 박사는 2000개의 원심분리기가 가동되고 있다고 주장했다. 지금은 원심분리기 수가 더 많아졌을 것으로 추정된다. 원심분리기 2000개에서는 연간 약 40㎏의 HEU를 생산할 수 있다고 알려진다. 원심분리기가 1만개라면 연간 200㎏ HEU를 얻을 수 있다. 핵무기 1기를 만들려면 HEU 25㎏이 필요하다고 알려졌기 때문에 북한은 HEU를 이용해 핵무기를 연간 8기 생산할 수 있다는 계산이 나온다. 북한은 HEU를 ‘화산-31’로 명명된 전술 핵탄두나 미국을 겨냥한 대륙간탄도미사일(ICBM)에 넣을 핵탄두 제작에 사용하는 것으로 보인다.
박준상 기자 junwith@kmib.co.kr
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