Chemistry/생활 속 화학

핵화학 | 핵무기의 전망

곰뚱 2021. 3. 28.

반응로에 사용되는 연료로부터 고도로 정제된 U-235를 추출하는데는 많은 과정이 필요하기 때문에 단순한 핵 발전시설에서 군사적 목적으로의 전환은 어렵고 비용도 많이 든다. 비밀 무기의 제조를 위하여 더 쉽게 분리가 가능한 물질은 플루토늄-239(Pu-239)이다. 풍부한 우라늄 동위원소의 핵이 중성자를 흡수하여 베타 입자로서 두 전자를 방출할 때 플루토늄-239가 재래식 반응로에서 생성된다.

이 변환은 1940년 초기에 발견되었다. 반응로는 위의 식에 주어진 반응에서와 같이 근본적으로 우라늄-238(U-238)을 분열시켜 플루토늄-239(Pu -239)로 전환되도록 설계하였기 때문에 증식로(breeder reactor)라고 부른다. 플루토늄은 우라늄으로부터 분리되어 1945년 7월 16일 첫 번째 핵분열 시험 폭발에 사용되었다. 그리고 한 달이 채 지나지 않아 일본 나가사키에 핵폭탄이 투하되었다.

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Pu-239도 U-235와 마찬가지로 핵 반응로의 동력을 제공하도록 이용될 수 있다. 따라서 증식로가 U-235을 태울 때에 에너지와 함께 새로운 연료인 Pu-239가 생성된다는 것은 중요한 것이다. 이 사실은 평화적으로만 이용된다면 에너지가 부족한 지구의 꿈이 실현된 것처럼 보인다. 프랑스, 영국, 러시아, 일본과 미국 등은 사용된 연료로부터 플루토늄의 재생이 가능한 증식로에 대한 연구를 하고 있다.

Pu-239는 가장 독성이 강한 원소중의 하나이지만 고체의 금속 플루토늄은 몸 안에 쉽게 흡수되지 않는다. 그러나 플루토늄이 공기 중에 노출될 때 산소와 반응하여 분말인 플루토늄의 산화물인 PuO₂를 형성한다. PuO₂ 먼지는 쉽게 공기 중에 흩어지고 흡입된다. 폐에 흡입된 수 마이크로그램의 PuO₂는 폐암을 유발한다. 플루토늄 산화물은 천천히 용해되어 몸의 다른 부분, 특히 뼈와 간으로 이동하고 긴 수명을 가진 방사능이 신체에 심각한 손상을 일으킬 수 있다.

플루토늄에 의해 야기된 국제 정치 문제는 핵 반응로에서 생산된 Pu-239가 폭탄에서 사용될 가능성이 있다는 것이다. 1981년에 이스라엘의 전폭기가 이라크의 핵 시설물을 공격했는데 이 폭격의 주요 목적은 이라크가 플루토늄을 함유하고 있는 핵무기를 생산할 수 없도록 하기 위한 것으로 추측된다. 만일 이라크가 핵무기를 개발하는데 성공하였다면 1991년에 미국과 벌였던 전쟁은 자칫 핵전쟁으로 비화되었을지도 모를 일이다. 그리고 최근에는 북한이 국제원자력기구(IAEA)의 핵사찰을 받은 바 있다. 북한이 보유하고 있는 것으로 알려진 Pu-239나 U-235는 이러한 핵무기와 관련된 잠재적 위험이 있기 때문에 이 동위원소의 존재여부를 국내적으로나 전 세계적으로 주의 깊게 감시하여야 한다.

미국은 수년 동안 상업적인 연료용 원소의 재생을 금지시켰다. 이 금지는 1981년에 해제되었으나 현재 어떤 플루토늄도 미국에서는 상업용 반응로로부터 회수되지 않는다. 회수되지 않는 이유 중의 하나는 우라늄의 가격이 현재 매우 낮아서 플루토늄의 회사가 경쟁력을 갖고 있지 않기 때문이다.

1994년 1월에 National Academy of Science(NAS)가 발행한 보고서에 따르면 재생 플루토늄과 우라늄은 이미 고도로 농축된 상태이며 언제든지 무기화 시킬 수 있는 물질들로 세계의 안전에 위협을 주고 있다고 하였다. 또한 NAS 연구는 재생된 무기용 플루토늄과 우라늄이 구 소련에서의 감시가 소홀한데 대해 우려를 표명하면서 핵무장을 원하는 테러 집단이나 국가들에게 넘어갈 수 있다는 위험성을 강조하였다.

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