무궁화 꽃이 피었습니다.

어느 소설에서 봤던 어이없던 이야기지만 사실 실제 존재했던 데밍 리의 의문의 죽음을 다른 무궁화 꽃이 피었습니다라는 소설을 기억하는가? 물론 결말은 조금 어이 없었지만 확실히 우리나라의 핵발전 가능성을 보여줬던 그 소설… 사실 의문의 죽음을 당한 데밍 리의 사실만 하더라도 무척이나 아까운 대한민국의 핵실험에 관한 소설이 어쩌면 현실이 될지도 모르겠다. 남들이 주변에서 아무리 뭐라고 평화 어쩌고 저쩌고 떠들어도 사실 그네들은 자신들은 핵을 보유하고 있는 국가가 아닌가? 평화보다는… 대한민국이 어디를 가도 무시당하는 예전과 같은 국가가 아니길 바라는 마음 뿐이다.

[동아일보]

자연 상태에서 채취한 우라늄 광석에는 두 가지 종류의 우라늄이 섞여 있다. 우라늄235와 우라늄238이다. 이 중 현재 원자력발전소나 원자폭탄에 쓰이는 것은 우라늄235다. 우라늄235가 우라늄238보다 가볍다.

우라늄 광석에는 우라늄235가 0.7% 들어 있다. 이 우라늄을 원자력발전에 쓰려면 우라늄235의 비율이 3∼5%가 돼야 된다. 이 때문에 우라늄235를 농축하는 것이다. 우라늄을 농축하는 방법은 여러 가지가 있지만 기본적으로 두 물질의 중량차를 이용한다.

가장 많이 쓰이는 원심분리법은 우라늄에 고열을 가해 기체로 만든 뒤 원통에 넣고 분당 5만∼7만회로 회전시켜 우라늄235와 우라늄238을 분리한다. 이 방법을 몇 단계만 거치면 핵연료에 적당한 저농축 우라늄이 만들어진다. 일반적으로 이 방법을 35단계를 거치면 우라늄235가 93% 이상 농축된 ‘고농축 우라늄’을 만들 수 있다. 이것이 원자폭탄에 쓰이는 물질이다.

한국원자력연구소가 사용한 것으로 알려진 레이저농축법은 우라늄에 레이저를 쪼여 이온 상태로 만든 뒤 자석으로 둘러싸인 공간을 통과시켜 우라늄을 농축하는 것이다. 두 가지 종류의 우라늄이 무게에 따라 휘는 정도가 달라지며 우라늄235를 따로 모을 수 있다. 이 기술은 넓은 공간이 필요 없지만 아직까지 상용화되지 않은 데다 우라늄을 대량으로 생산하기가 어려워 일반적으로 폭탄을 만드는 데에는 알맞지 않다.

우라늄235가 포함된 핵연료를 원자로 안에서 태우면 핵분열이 일어난다. 이 과정에서 다양한 원소들이 만들어진다. 플루토늄도 이 과정에서 인공적으로 만들어진 원소 중 하나다.

원자로 안에서 핵분열을 통해 나온 중성자가 저농축 핵연료 안에 들어 있는 우라늄238과 부딪히면 플루토늄이 만들어진다. 즉 한번 태운 핵연료(사용후 핵연료) 안에는 플루토늄이 들어 있다. 사용후 핵연료를 재처리하면 플루토늄을 얻을 수 있다. 이를 위해 주로 화학 용매를 사용하는데 사용후 핵연료에 플루토늄을 녹이는 화학용매를 넣은 뒤 추출한 용매에 환원제를 넣으면 다시 플루토늄이 빠져나온다. 플루토늄을 추출하기 위해 만든 원자폭탄용 원자로도 일부 있다.

플루토늄은 우라늄보다 훨씬 불안정해 핵분열을 더 잘 일으키며 원자폭탄에 사용되면 적은 양으로도 더 큰 파괴력을 낼 수 있다. 1945년 일본 히로시마에 떨어진 원자폭탄이 농축우라늄을 이용한 핵폭탄이다. 같은 날 나가사키에 떨어진 원자폭탄은 플루토늄 핵폭탄이다.

농축우라늄이나 플루토늄을 폭탄 용기에 담아 뇌관을 심으면 핵폭탄이 완성된다. 핵폭탄의 위력은 핵분열 반응에서 나온다. 중성자와 충돌한 우라늄 원자는 작은 2개의 원자로 분열하면서 많은 중성자를 내놓고 주위의 우라늄 원자에 연쇄 핵분열 반응을 일으킨다. 여기에서 나온 엄청난 에너지가 열과 방사선을 발산하고, 강풍을 일으키는 것이다.

김상연 동아사이언스 기자 dream@donga.com