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[사이언스 지식iN] 북한의 6번째 핵실험...수소폭탄 맞나?

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[사이언스 지식iN] 북한의 6번째 핵실험...수소폭탄 맞나?

2017.09.03 17:06

북한이 6차 핵실험을 강행했습니다. 지난해 9월 5차 핵실험 이후 1년 만입니다.

 

기상청 국가지진화산종합상황실은 3일 12시 29분께 함경북도 길주군 풍계리에서 진도 5.7의 인공지진이 감지됐고 밝혔습니다. 진원 깊이는 0㎞였습니다. 미국, 일본, 중국의 관련 기관도 지진 감지 사실을 잇달아 밝혔습니다.

 

동아일보DB 제공
동아일보DB 제공

풍계리는 북한의 핵실험장이 있는 곳입니다. 우리 군 합동참모본부는 풍계리 일대에서 발생한 인공지진은 북한의 6차 핵실험에 의한 것으로로 추정된다고 밝혔습니다.

 

문재인 정부 출범 이후 더욱 강도를 높여가고 있는 북한 핵 도발, 과연 괜찮은 것일까요? 핵 실험을 미리 예측하고 대비하는 방법은 없는 것일까요?

 

● 이번 핵실험의 위력은 어느 정도인가요?

 

이번 핵실험은 지금까지의 북한 핵실험 중 가장 강력한 위력을 보인 것으로 추정됩니다. 이번 인공지진의 진도 5.7은 폭발 위력으로 환산하면 최고 50kt에서 최대 70kt 사이가 될 것으로 보입니다. kt(킬로톤)은 TNT 1000t에 해당하는 위력을 말합니다.

 

5차 핵실험 당시의 폭발 위력은 10kt 정도로 전문가들은 분석했었습니다. 이번 핵실험 결과는 지난 5차 핵실험 때에 비하면 5~6배, 같은 해 1월의 4차 핵실험에 비하면 11.8배 큰 위력이라고 합니다. 인공지진 관측 소식이 전해진 직후부터 수소 폭탄 실험일 것이라는 얘기도 나왔습니다. 사실 지난 5차 핵실험 이후, 북한의 다음 핵실험은 수소폭탄 실험이 될 것이라는 전망은 꾸준히 제기돼 왔습니다.

 

● 북한은 이번에 수소 폭탄 실험에 성공했다고 주장하던데... 그런데 수소 폭탄이 정확히 뭐였죠?

 

실제로 북한 조선중앙TV는 3일 방송한 중대보도에서 “대륙간탄도로켓(ICBM) 장착용 수소탄 시험에서 완전 성공했다”고 주장했습니다. 이 발표는 함경북도 길주군 풍계리 일대에서 규모 5.7의 인공지진이 감지된 이후 3시간 만에 나왔습니다.

 

북한 주장 수소폭탄 구성과 폭발원리 - 포커스뉴스 제공
북한 주장 수소폭탄 구성과 폭발원리 - 포커스뉴스 제공

수소폭탄은 무엇이고, 원자폭탄과 어떻게 다른가요? 원자폭탄은 핵분열이 일어날 때 나오는 에너지를 이용한 폭탄이죠. 수소폭탄은  핵융합 과정을 거칩니다. 우라늄이나 플루토늄의 핵분열 반응으로 수소의 핵융합 반응을 유도한 뒤, 그 에너지를 이용해 다시 2차로 분열 반응을 일으켜 파괴력을 높입니다.

 

핵융합 작용을 이용하는데, 전적으로 핵융합에 의지하는 것은 아니고 상당량의 파괴력이 핵분열 과정에서 나옵니다. 핵융합은 엄청난 에너지를 생성해 내는 작용인데, 자연에서는 태양에서나 일어나는 현상입니다. 인공적으로 핵융합을 만들어내기란 쉽지 않습니다.

 

● 북한이 정말 수소 폭탄을 만든 것일까요?

 

앞서 말한대로 이번 핵실험의 위력이 이전 실험에서보다 커진 것은 사실입니다. 하지만 수소 폭탄 제조에 성공했다고 할 만한 것인지는 아직 미지수입니다. 전문가들은 수소 폭탄의 폭발 위력이 대략 100kt은 된다고 설명합니다. 최대 70kt 정도로 추정되는 이번 핵실험 결과만 놓고 보면 수소 폭탄이라 하기에는 아직 모자란다는 얘기입니다.

 

북한의 성명서나 공개된 사진에 나타난 사항들을 분석해 보면 북한이 수소 폭탄을 만들어 실험하려 한 것은 분명해 보입니다. 북한은 “시험 측정 결과 총폭발 위력과 분열 대 융합 위력비를 비롯한 핵 전투부의 위력 지표들과 2단열 핵무기로서의 질적수준을 반영하는 모든 물리적 지표들이 설계값에 충분히 도달하였으며 이번 시험이 이전에 비해 전례 없이 큰 위력으로 진행되였다”고 주장했습니다. 다만 이런 북한의 주장을 액면 그대로 믿을 수 있을지는 판단하기에는 아직 이르다고 해야겠죠. 

 

북한은 지난해 1월 4차 핵실험 때 첫 수소폭탄 실험에 성공했다고 주장하며, 수소폭탄 보유 사실을 계속 선전해 왔습니다. 이제 북한이 어느 정도 수준의 기술력에 도달했는지, 각국 정보기관과 과학자들이 분석 작업에 속도를 더 낼 것입니다. 

 

● 지진파를 갖고 북한이 핵실험을 했는지 판단하는 이유는 뭔가요?

 

우리는 어떻게 북한이 핵실험을 했는지 알 수 있을까요? 물론 북한이 핵실험을 했음을 밝히는 경우가 많지요. 하지만 비밀리에 핵실험을 하기도 하고, 핵실험의 위력을 과장하거나 실패를 성공으로 포장할 수도 있습니다. 그래서 우리나라뿐 아니라 주변 국가 모두 자체적으로 핵실험 실시 여부와 정확한 위력 등의 정보를 사전, 사후에 파악하기 위해 애씁니다.

 

핵실험은 보통 지하의 비밀 핵시설에서 은밀하게 진행합니다. 외부에서 미리 알기는 무척 어렵습니다. 인공위성으로 촬영한 영상을 분석해 핵실험 준비 징후를 미리 알아내려 하는 정도입니다.

 

(주)동아사이언스 제공
(주)동아사이언스 제공

일단 핵실험이 이뤄지면 지진파를 탐지해 핵실험 실시 여부와 위력 등을 분석할 수 있습니다. 지하에서 핵실험을 하면 그 충격으로 지진파가 생기기 때문입니다. 핵실험 등으로 인한 인공지진은 자연지진에 비해 지진파 중 종파(P파)가 횡파(S파)보다 강하게 나타납니다.

 

폭발이 일어날 때 폭탄의 중심에서 바깥으로 에너지가 퍼져 나가는데, 이때 에너지의 진행 방향과 진동 방향이 같습니다. 이건 바로 P파의 특징이기도 합니다. 인공지진에서 P파가 더 많이 감지되는 이유입니다.

 

인공지진이 만든 지진파와 공중음파 - 동아사이언스 제공
인공지진이 만든 지진파와 공중음파 - 동아사이언스 제공

☞ (함께 읽기) [北 수소폭탄 실험했나] 핵실험으로 생긴 지진파, 뭐가 다른가

 

기상청 관계자 역시 3일 “일반적으로 인공지진의 경우 파형분석을 할 때 S파보다 P파가 큰 데, 이번 지진에서는 S파가 거의 잡히지 않았고 과거 핵실험과 비슷한 파형을 보였다”라며 “지진이 발생한 지역이 풍계리로 과거 핵실험이 진행된 지역과 일치한다”고 밝혔습니다.

 

☞ (함께 읽기) 북한 2차 핵실험의 쟁점 4

 

● 핵실험이 있었는지 알 수 있는 다른 방법이 또 있나요?

 

핵실험이 있었음을 알 수 있는 가장 직접적인 증거는 핵 분열이 일어날 때 생기는 제논 (133Xe, 135Xe)이나 크립톤 (85Kr, 88Kr, 89Kr) 같은 방사성 물질의 검출입니다. 제논이나 크립톤은 자연 상태에서 저절로 생겨나는 일은 없기 때문입니다.

 

아마 지금 우리나라를 비롯, 주변 국가 관련 기관들이 모두 대기 중에 이들 물질이 있나 검출하기 위해 바쁘게 뛰고 있을 겁니다. 현재 우리나라 주변에 고정식 탐지기가 3곳에 설치돼 있으며, 탐지 장치를 실은 함정과 비행기가 포집 활동을 하며 국내 연구 기관과 밀접하게 협력합니다.

 

지진파와 비슷하게 공중음파수중음파, 혹은 GPS 신호 분석을 통해서도 핵실험 여부를 분석할 수 있습니다. 폭발 에너지 중 일부는 대기 중으로 퍼져 20㎐ 이하 저주파인 공중음파를 만듭니다. 자연 지진에선 저주파가 생기는 일이 없으니 공중음파를 검출하면 핵실험이 있었다고 볼 수 있습니다. 핵실험 장소가 해안 근처라면 수심 약 1000m에 음파탐지장치 소나를 설치해 인공지진을 탐지할 수 있습니다.

 

위성 GPS 신호를 이용하는 방법도 있습니다. 핵실험이나 화산 폭발, 지진 같은 대규모 지각 현상이 있을 경우 대기 중 전자기 밀도가 변하는데, 이를 GPS 신호로 탐지할 수 있습니다.

 

☞ (관련 기사) 북한 핵무기 진짜일까 가짜일까...X선은 알고 있다

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