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✦ 소형 수소폭탄의 원리

▲ 김정은 제1위원장이 현지지도한 소형수소폭탄 미사일 장착 공장,  두 개의 폭발물 중 원기둥 형태가 먼저 터지는 기폭기능의 폭탄, 공 모양의 폭발물이 주 폭탄으로 보인다.  이 두가지 연쇄적으로 폭발하면서 핵분열과 핵융합을 반복하며 막강한 폭발력을 만들어 내는 것이 일반적인 소형 수소폭탄의 구조이다.  전문가들은 공모양의 수소폭탄의 지름이 50cm가 조금 넘는 것으로 측정하였다. 사람이 한 아름에 안을 수 있는 크기였다. © 자주시보

▲ 김정은 제1위원장 뒷편 수소폭탄(열핵폭탄) 탄두의 내부 모습 단면도를 보면 납작한 원기둥과 둥근 공 모양의 폭탄 두 개가 직열로 연결되어 있다. 이중 수소폭탄의 전형적인 모습이다.  미사일은 가늘고 길죽한 것을 보니 단일탄투를 장착한 화성13호로 보인다. 화성14호는 이런 수폭을 3개 장착했을 것이다. 탄두 직경이 3배 이상 더 크기 때문이다.    © 자주시보

9일 남측 언론에 전격적으로 공개된 탄도미사일 장착용 북의 소형 수소폭탄(열핵폭탄)을 분석한 결과 매우 위력적인 2중구조 수소폭탄일 가능성이 높은 것으로 분석되었다

이런 방식의 소형수소폭탄은 크기와 무게를 작게 하면서도 히로시마 원자폭탄의 수십배 막강한 파괴력을 내기 때문에 러시아와 미국 등에서도 탄도미사일 장착용으로 채택하고 있다.

물론 미국과 우리정부는 모형일 가능성까지 제기하며 큰 의미를 두지 않는다는 입장이다. 하지만 10일 중앙일보 보도에서도 지적했듯이 전문가는 물론 정부도 사진 진위와 상관없이 북의 소형화 기술이 상당부분 진전을 이루고 있다는 데는 의견을 함께 했다.

 https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%B5%EB%AC%B4%EA%B8%B0_%EC%84%A4%EA%B3%84

북 국방위원회 김정은 제1위원장 현지지도 사진 중 그 뒷편 수소폭탄(열핵폭탄) 탄두의 내부 단면도가 살짝 공개되었는데 납작한 원기둥과 둥근 공 모양의 폭탄 두 개가 직열로 연결되어 있었다. 미국이 트라디던트 잠수함발사 대륙간탄도미사일이나 미니트맨 지상발사 대륙간탄도미사일에 장착하는 이중구조 수소폭탄의 전형적인 모습이다. 다만 미국은 공 모양의 폭탄 2개를 연결하는데 북은 하나는 납짝한 원기둥 형태였다. 이 두 개 중 먼저 폭발하는 폭탄이 두번째 폭발하는 주 폭탄의 기폭장치 역할을 수행하게 된다.

▲ 미국의 대륙간탄도미사일 미니트맨3에 장착된 이중구조의 수소폭탄 w-87, 원래 피스키퍼에 장착했었는데 최대 8발까지 장착할 수 있는 피스키퍼 로켓이 제대로 사거리를 내지 못해 미니트맨으로 옮겨서 장착한 것이다. 미니트맨3은 최대 3발의 각개조준 수소폭탄을 장착할 수 있다. 각 폭탄의 위력은 300kt으로 히로시만 원폭 리틀보이의 약 20배이다. 북이 최근 공개한 수소폭탄도 이와 비슷한 2중구조로 되어 있다. 시험으로 공개된 가장 위력적인 수소폭탄은 소련의 차르봄바로 3중구조다.     ©자주시보

▲ w-88 미국의 이중구조 수소폭탄, 미국의 잠수함에서 발사하는 트라이던트미사일 탑재용 핵탄두로  4발까지 탑재가 가능한데 한 발당 470kt의 위력을 갖는다. 히로시마 원폭의 36배의 위력이다   ©자주시보

첫번째 폭발하는 폭탄은 외피 쪽의 폭약을 폭발시켜 그 압력으로 플루토늄 239를 핵분열시켜 그 폭발력으로 중심부의 이중수소(듀테륨, Deuterium)와 삼중수소(트리튬Tritium)의 핵융합반응을 유도하여 높은 압력과 다량의 X방사선을 발생시켜 주 폭발력을 내는 2차 폭탄의 우라늄 핵분열을 유도하고 그 압력이 그 아래층 중수소화 리튬(lithium deuteride)의 핵융합반응을 불러일으키면서 막대한 중성자와 고온 고압이 형성되어 폭탄 외피를 둘러싼 우라늄까지 완전히 핵분열시킴으로 최종적으로 막강한 파괴력을 만들어 낸다. 결국 1차 폭탄에서 핵분열과 핵융합, 2차 폭탄에서 핵분열 핵융합 핵분열이 연속적으로 진행되는 것이다. 이런 과정을 한 번 더 거치게 하면 3F 즉, 3중구조 수소탄이 되는 것이다. 이론상으로는 5단계까지도 가능하다고 한다.

[▲ 소련의 3F 수소폭탄 차르 봄바 시험 장면]

미국과 소련은 3F 수소폭탄도 개발하여 시험에 성공한 바 있다. 그 중 소련의 TNT 50메가톤(히로시마 원자폭탄의 3800배의 위력)의 차르 봄바가 가장 위력적인 수소폭탄이었다. 이런 수소폭탄은 워낙 파괴력이 커서 민간인들에게 너무 큰 피해를 주기 때문에 사실상 사용이 불가능하다. 군사 기지 등 거점을 일격에 소멸할 수준의 폭발력은 이중구조로도 충분하다. 미국의 W-87은 히로시마 원자폭탄의 20여배 W-88은 36배의 위력을 가지고 있다.

그 구조나 렌즈 등을 얼마나 정교하게 잘 만들어 핵반응 효율을 높여내느냐가 더 중요하기 때문에 꼭 크기만으로 위력을 가늠할 수는 없지만 일정량의 핵물질을 넣고 또 압축하여 폭발을 일으키기 위해서는 어느 정도의 크기는 필수적인데 북이 공개한 주된 폭발력을 발휘하는 2차수소폭탄의 크기가 미국의 것보다 작지 않기 때문에 그 위력도 결코 뒤지지 않을 것으로 예상된다.

특히 내부의 폭발력을 피트 즉, 중심 핵물질이 내장된 폭탄의 중심부로 정확히 집중시켜주어야 순간적이며 위력적인 핵폭발을 일으킬 수 있다. 피트에 가하는 압력을 너무 느리게 모아도 임계치를 넘기지 못하고 흩어질 우려가 있어 안 되지만 그렇다고 너무 빨리 모아도 안 된다. 망치로 못을 꾸욱 누르는 것보다 들었다가 툭 치는 것이 더 파괴력이 있는 것과 같은 원리이다. 그래서 반사재 등을 이용해 일부러 시간을 늦추기도 한다. 하지만 결국은 이런 압축력을 모아 일시에 중심부 피트에 집중시켜내야 하는데 이를 위해 포탄 외피 내부에 초점을 맞추는 여러 개의 렌즈를 장착한다. 렌즈가 많을수록 더 정교하게 초점을 맞출 수 있어 더 위력적이다. 나가사키 팻맨 핵분열탄은 32개의 렌즈를 사용해서 정20면체 형태를 이루었으며, 이후의 보다 효율적인 폭탄은 40, 60, 72, 92개의 렌즈를 사용한다.

이번에 북이 공개한 공모양의 수소폭탄의 둥근 무늬 하나 하나를 세어보니 100여개로 확인되었는데 사진이다보니 오류가 있었던 것 같고 실제는 92개짜리 렌즈를 사용한 것으로 판단된다. 최고 수준의 렌즈를 장착한 것이다.

✦ 북 소형수소폭탄의 특징

북의 소형 수소폭탄에서 특이한 점은 먼저 핵무기 공장 현지지도에서 김정은 제1위원장이 과학자들에게 "우리식의 혼합 장약 구조로 열핵 반응이 급속히 전개될 수 있는 구조로 핵탄두가 설계 제작된 것이 대단하다"고 말했다는 점이다. 일반적으로 장약은 1차 폭탄에 장입하여 플루토늄 핵분열반응을 유발하는 화약이다. 핵물질은 임계질량이 넘기만 해도 폭발하기에 임계질량 이하로 나누어 놓았다가 이를 순간적으로 결합시켜 폭발을 유발하는 방식 즉, 포신형 핵폭탄 방식도 있지만 소형핵폭탄 제조에 부적합하여 요즘은 사용하지 않고 대신 임계질량 이하의 핵물질을 외부의 화약을 폭발시켜 강한 압력을 가하면 그 밀도가 증가하여 폭발하게 할 수도 있다. 특히 그 중심부나 주변부에 중성자 방아쇠까지 장착하면 아주 소량의 핵물질도 얼마든지 폭발시킬 수가 있는 것이다.

이때 이 장약의 폭발력을 잘 모아 초점을 정확히 맞추어 제 때 핵물질에 집중시켜내면서 방아쇠도 적절한 시간에 잘 당겨야 한다. 북은 이 폭발을 일으키는데 사용하는 장약을 독창적인 혼합장약으로 만들어 열핵반응을 급속히 전개될 수 있게 했다는 것으로 판단된다. 이 장치가 효율적이면 효율적일수록 핵무기 크기는 더 작게 만들 수 있다. 특히 폭발력을 임계치까지 모아내는 렌즈나 반사재 등도 최소로 장착하거나 제거할 수도 있어 더욱 가볍고 작은 크기로 만들 수 있을 것이다.

특히 이 혼합장약의 압력이 핵융합을 일으킬 수준으로 충분히 높게 나온다면 핵분열 없이 바로 핵융합 폭발을 유도할 수도 있을 것이다. 이렇게 되면 방사능 오염이나 낙진의 문제가 거의 사라지게 된다. 언제든 사용해도 민간인 피해를 유발하지 않아 도덕성 비난을 면할 수 있게 되는 것이다. 북은 지하핵시험 당시 환경적으로 안전하게 진행했다는 점을 강조해왔다. 실제 최근 몇 번의 핵시험의 경우 미국과 중국 등 주변국이 총동원되었지만 북 핵시험 장 주변에서 핵물질 포집에 실패해왔다. 이번 4차 핵시험 후에도 핵물집 포집을 했다는 보도는 아직 없다.

▲ B61-12 미국의 항공기 투하용 핵벙커버스터, 수소폭탄으로 만든 벙커파괴용 폭탄  2016년 1월 YTN 보도 내용, 이 핵폭탄 시험은 지난해에 미국에서 진행된 것이다.    ©자주시보

▲ 미국의 벙커파괴용 소형 핵폭탄 내부에 장착하는 장치, 기폭장치인지 핵폭탄인지는 정확히 구분이 되지 않는데 너무 가볍게 들어 올리는 것을 보면 기폭장치로 보인다. 이것도 핵분열과 핵융합을 동시에 이용하기에 사실상 핵폭탄이다. 이번에 북이 공개한 소형수소폭탄 탄두부에 이와 비슷한 형태의 장치가 공 모양 수소폭탄과 함께 창착되어 있었다.     ©자주시보

미국의 수소폭탄 구조와 북의 수소폭탄의 가장 큰 차이는 미국은 두 개의 폭탄이 모두 둥근 공 모양인데 북의 경우 그 중 하나가 원기둥 형태라는 점이다. 이와 비슷한 장치를 미국은 B61-12 벙커파괴용 소형 핵폭탄에 탑재하고 있다. 최종 폭탄인지 기폭장치인지는 알 수 없는데 수소폭탄에서 기폭장치도 사실상 핵분열을 일으켜 그 힘으로 이중, 삼중수소 핵융합을 일으켜 다량의 중성자와 X선을 발생시키는 것이기에 핵폭탄이라고 봐도 무방하다. 이 기폭장치에서 나온 다량의 중성자가 다시 핵분열을 촉진시켜 일반 핵분열탄보다 그 효율을 2배 높인 폭탄이 증폭핵분열탄이다.

어쨌든 미국의 B61-12 핵폭탄은 폭격기 투하용으로 크기가 작다. 그것에 이용하는 형태의 기폭장치를 북이 채용하고 있다면 북의 핵무기 소형화 수준이 꽤 높은 수준으로 진행된 것으로 볼 수 있을 것이다.

▲ 미국의 소형핵무기 데이비 크로켓 무반동포탄, 무게 23KG 로켓탄으로 10톤에서 1키로톤까지 파괴력을 낼 수 있다.  요즘은 이 무기를 폐기하고 대신 핵폭탄만 핵배낭으로 변형하여 이용하고 있다.   ©자주시보

사실, 미국은 핵분열방식이기는 하지만 로켓탄 크기의 소형 핵폭탄도 만든 적 있다. 이는 방사능 낙진도 너무 많고 사거리가 너무 짧아 아군에게도 피해를 줄 수 있어 얼마 못가 폐기 되었고 그 폭탄을 변형하여 핵배낭을 만들어 운용하고 있다. 북도 핵배낭 부대가 있다. 핵배낭은 전투원들이 배낭에 매고 남측에 침투하여 핵심 거점에 설치한 후 빠져 나가 외부에서 폭발시켜 거점 파괴용으로 사용되는 것이기에 방사능 오염 문제가 심각하다면 북은 사용할 수가 없다. 자신들도 피해를 볼 수 있기 때문이다. 따라서 북이 핵배낭 부대를 운용하고 있다면 방사능 오염이 거의 없는 아주 작은 크기의 핵폭탄도 이미 제작하여 실전배치했다고 볼 수 있을 것이다.

✦ 북의 소형 수소폭탄을 장착한 탄도미사일 위력

▲ 단발 수소폭탄을 장착할 수 있는 화성13호의 탄두부(전투부), 화성13호 대륙간탄도미사일은 이 수소폭탄 한 발을 탑재하고 미 본토 어디든 타격이 가능하다. 미국의 미니트맨이 이와 비슷한 형태의 수소폭탄을 장착하고 있는데 히로시마 원자폭탄(13키로톤)의 20배의 위력을 지니고 있다. 대도시 하나가 잿더미로 변할 수 있다는 말이다.     ©자주시보

부 ▲ 이중 수폭 1개가 들어가는 화성13호의 탄두부(북에서는 전투부라고 함), 미 본토까지도 갈 수 있는 화성13뿐만 아니라 중거리 스커드라고 일컫는 대부분의 미사일에도 이 수소폭탄이 탄두가 장착되는 것으로 보인다.     © 자주시보

북이 탄도미사일에 장착한 수소탄 단명을 김정은 제1위원장 현지지도 배경 사진으로 은근히 공개한 것을 잘 분석해보면 해당 미사일은 탄두부(북에서는 전투부라고 함)가 뭉툭한 최신형 화성14호가 아닌 더 뾰족한 화성13호임을 알 수 있다. 결국 화성13호에 단일탄두 수소폭탄 1개가 장착된다는 것을 북은 이번에 공개한 것이다.

▲ 이렇게 하부에 날개가 달린 화성계열의 미사일은 구형이며 주로 단거리, 중거리를 날아간다. 이런 미사일에도 수소폭탄을 장착하고 있는 것이다. 이런 미사일들로 괌을 포함한 주일미군 거점 타격이 가능하다.     © 자주시보

미 본토까지 갈 수 있는 화성13호가 아닌 단거리, 중거리 화성 계열 미사일 일명, 스커드 미사일들은 대부분 하부에 날개가 달렸는데 이런 미사일도 소형 수소폭탄을 장착한다는 것을 이번 김정은 제1위원장의 현지지도 사진을 통해 확인할 수 있었다. 물론 북이 시리아, 예멘 등에 판매한 이런 종류의 스커드 미사일에는 핵폭탄이 아닌 고폭탄을 장착해서 수출해왔다. 그 고폭탄도 파괴력이 엄청나서 한 발에 사우디군이나 반군의 기지와 거점이 쑥대밭이 되었다.

만약 이런 화성계열 미사일에 수소폭탄이 장착된다면 그것이 타격한 주한미군기지, 주일미군기지는 쑥대밭보다도 더 심각한 피해를 당할 것이 자명하다.

▲ 화성14호의 탄두는 화성13호의 탄두와 비교할 수 없이 직경이 크다. 한 눈에도 3배 이상이다.     ©자주시보

가장 심각한 미사일은 탄두부에 4개의 보조로켓과 10개의 로켓 노즐 콧구멍을 벌름거리는 괴기스런 모양의 화성14호 최신 대륙간탄도미사일이다. 탄두부(전투부)가 한 눈에 봐도 화성 13호보다 그 지름이 3배 이상 커 보인다. 적어도 3발 이상의 각개조준 수소탄이 장착될 수 있는 것이다. 미사일 한 발로 3곳을 동시에 타격할 수 있다는 말이다.

세계적으로 미군 기지가 100여곳 있는데 단순하게 계산해서 이 화성14호 40발만 있어도 모두 다 소멸할 수 있다는 계산이 나온다. 화성14호는 지구상에서는 타격에 한계가 없는 미사일이라고 북은 주장해오고 있으며 어떤 미사일 방어체계도 무력화시킬 수 있다고 자랑하고 있다. 사실 탄두부에 저런 방향전환용 로켓이나 로켓노즐이 10개 이상 장착된 미사일은 아직 어떤 나라에서도 공개한 적이 없다.

외형만 보아도 북의 이 화성 14호가 가장 무시무시한 것이라고 볼 수 있다는 것이다. 

물론 미국은 예전처럼 종이로 만든 미사일라는 극단적인 폄하 주장까지는 하지 않고 있지만 여전히 북이 미 본토를 공격할 수 있는 미사일과 그에 장착할 소형 핵무기를 보유했다고 보지 않는다는 입장이다.

하지만 군사전문가들은 광명성-4호 위성을 쏘아 올린 로켓이면 지구 어디든 타격이 가능하고 또 위성을 궤도에 안착시킬 조종 능력이면 요격회피기동도 가능할 수 있다는 입장이다.

북은 수소탄 지하 실험으로 실제 강력한 핵폭발력을 과시해오고 있고 위성도 쏘아올리고 있으며 잠수함발사 탄도미사일 시험 성공 장면도 2번이나 동영상으로 공개했다. 모두 최근 들어 보여준 행보들이다. 따라서 앞으로도 계속 미국에 대해 핵억제력을 실질적으로 과시하는 행동을 계속할 것으로 예견된다. 미국이 인정하지 않더라도 세계 누구나 다 인정할 수밖에 없게 하겠다는 것이 김정은 제1위원장의 결심이 아닌가 생각된다.

더 이상의 군비경쟁은 세계평화와 경제안정을 위해 옳지 않다. 우리 국민은 물론 주변국과 세계인들은 하루 빨리 북미가 대화로 문제를 풀어 더 이상의 이런 무서운 무기 경쟁이 일어나지 말기를 바라는 마음이 간절해지고 있다.