[개벽예감265 - 4.5.6]  해발고 2,205m 화강암산 통째로 뒤흔든 거대한 폭발진동

한호석(통일학연구소 소장)

4. 조선의 열핵탄두에 대한 공학기술적 고찰

5. 만탑산 통째로 뒤흔든 1Mt급 폭발진동

6. 조선핵무기연구소 앞에 남아있는 마지막 공정

4. 조선의 열핵탄두에 대한 공학기술적 고찰

위에 서술한 핵융합탄의 기본구조, 구성요소, 작동원리를 파악하면, 조선핵무기연구소가 만든 열핵탄두에 관해 설명한 그 연구소의 성명내용을 이해할 수 있다.

<사진 6>은 김정은 국무위원장이 2017년 9월 2일 핵무기병기화사업을 현지지도하는 장면이다. 김정은 국무위원장은 리홍섭 조선핵무기연구소 소장의 해설을 들으며 열핵탄두를 살펴보고 있다. 사진에 나타난 열핵탄두는 장구처럼 중간부분이 잘록하게 생긴 회백색 금속물체다. 핵분렬탄이 들어있는 1차계는 거의 완전한 구면체이고, 열핵장약이 들어있는 2차계는 1차계보다 조금 더 큰, 약간 일그러진 구면체다. 열핵탄두 옆에 놓여있는 것은 핵분렬탄을 기폭시키는 격발기다.

그 사진에서 첫 번째로 주목되는 것은, 1차계에 들어있는 핵분렬탄의 크기가 조선에서 표준화, 규격화한 기존 핵분렬탄의 크기보다 조금 작다는 사실이다. 이것은 조선핵무기연구소가 열핵탄두에 들어가는 더 소형화된 핵분렬탄을 별도로 만들었다는 점을 말해준다. 열핵탄두에 들어간 핵분렬탄은 핵분렬로 열핵방사능과 중성자를 방출하는 일종의 기폭장치이므로, 적은 분량으로도 핵분렬이 잘 일어나는 무기급 플루토늄을 사용한 핵분렬탄인 것으로 생각된다. 플루토늄은 고농축우라늄에 비해 중량 대 폭발위력의 비율이 더 높기 때문에, 핵분렬탄에 적은 분량의 플루토늄을 장입해도 쉽게 기폭된다.

그 사진에서 두 번째로 주목되는 것은, 2차계의 크기가 1차계의 크기보다 더 크다는 점이다. 2차계에는 열핵장약인 중수소화 리튬과 무기급 고농축우라늄이 들어있는데, 그 열핵장약의 주입량에 따라 열핵탄두의 폭발위력을 조절할 수 있다. 김정은 국무위원장의 핵무기병기화사업 현지지도소식을 전한 조선의 2017년 9월 3일 언론보도에 따르면, “핵탄위력을 타격대상에 따라 수십kt급으로부터 수백kt급에 이르기까지 임의로 조정할 수 있는 우리의 수소탄”이라고 하였는데, 열핵탄두설계에서 예정한 폭발위력에 맞춰 2차계의 열핵장약을 조절, 주입한 것으로 생각된다. 그 사진에 나타난 열핵탄두의 크기와 미국이 실전배치한 열핵탄두의 크기를 비교하면, 조선이 이번에 기폭시험을 진행한 열핵탄두의 폭발위력은 미국이 실전배치한 열핵탄두의 폭발위력보다 2배 정도 더 큰 것으로 생각된다.

조선핵무기연구소 성명에 따르면, “시험을 통하여 수소탄 1차계의 압축기술과 분렬련쇄반응시발조종기술의 정밀성을 재확인하였”다고 한다. 여기서 말하는 1차계의 압축기술이란 무기급 플루토늄을 장입한 핵분렬탄을 기폭, 압축시키는 기술을 말한다. 여기서 말하는 “분렬련쇄반응시발조종기술의 정밀성”이라는 말은 1차계의 핵분렬탄을 기폭, 압축시킬 때 일어나는 핵분렬반응을 정밀하게 조종하는 기술을 뜻한다. 그 성명은 1차 핵분렬반응을 정밀하게 조종하는 체계를 가리켜 “밀집배치형 핵폭발조종체계”라고 하였다. 조선핵무기연구소는 그 핵폭발조종체계가 구체적으로 어떻게 작동되는지 밝히지 않았지만, 핵분렬반응을 정밀하게 조종하는 고도의 기술로 핵분렬 폭발위력을 임의로 조정한 것이 분명하다.

조선핵무기연구소 성명에 따르면, “1차계와 2차계의 핵물질리용률이 설계에 반영된 수준에 도달하였다”고 한다. 이것은 1차계에 들어간 무기급 플루토늄의 이용률과 2차계에 들어간 열핵장약(무기급 고농축우라늄과 중수소화 리튬)의 이용률이 설계에서 예정된 수준에 도달하였다는 뜻이다. 핵물질이용률이 높을수록, 폭발위력이 강해진다. 핵물질이용률이 높다는 말은 열핵탄두를 정밀하게 설계하였다는 뜻이므로, 핵물질이용률은 열핵탄두설계의 정밀도를 말해주는 지표다. 조선핵무기연구소는 열핵탄두설계의 정밀화를 실현한 것으로 보인다. <사진 7>

 

▲ <사진 7> 이 사진은 2017년 9월 9일 김정은 국무위원장이 참석한 가운데 평양 인민극장에서 성대히 진행된, 열핵탄두기폭시험 성공을 축하하는 음악공연 중 공연무대에 설치된 대형화면에 나타난 장면이다. 세 사람이 열핵탄두를 조립하는 모습이다. 그들이 조립하고 있는 열핵탄두에 수소탄이라고 쓰인 글씨가 선명하게 보인다. 조선핵무기연구소는 성명에서 1차계와 2차계의 핵물질이용률이 설계에 반영된 수준에 도달하였다고 평가하였다. 이것은 1차계에 들어간 무기급 플루토늄의 이용률과 2차계에 들어간 열핵장약의 이용률이 설계에서 예정된 수준에 도달하였다는 뜻이다. 핵물질이용률이 높을수록 폭발위력이 강해진다. 핵물질이용률이 높다는 말은 열핵탄두를 정밀하게 설계하였다는 뜻이다. 조선핵무기연구소는 열핵탄두설계의 정밀화를 실현한 것으로 보인다. © 자주시보, 한호석 소장

조선핵무기연구소 성명에 따르면, “수소탄 2차계의 핵융합위력을 높이는 데서 핵심기술인 핵장약에 대한 대칭압축과 분렬기폭 및 고온핵융합점화, 뒤이어 매우 빠르게 전개되는 분렬-융합반응들 사이의 호상강화과정이 높은 수준에서 실현된다는 것을 확증함으로써 우리가 수소탄제작에 리용한 1차계와 2차계의 지향성결합구조와 다층복사내폭구조설계가 매우 정확하”다는 것을 확인하였다고 한다. 이 인용문은 2차계의 열핵장약을 대칭적으로 압축하는 기술, 2차계의 무기급 고농축우라늄을 기폭, 압축시키는 핵분렬기술, 2차 핵분렬로 핵융합을 일으키는 열핵장약점화기술, 그리고 핵분렬과 핵융합의 연쇄내폭으로 폭발위력을 극대화시키는 기술이 이번 열핵탄두기폭시험에서 확증되었음을 말해준다.

조선핵무기연구소 성명은 “이번 시험을 통하여 우리는 1차계와 2차계에서 일어나는 복잡한 물리적 과정들에 대한 우리식의 해석방법과 계산프로그람들이 높은 수준에 있으며 2차계의 핵장약구조 등 주체식으로 설계한 핵전투부로서의 수소탄의 공학구조가 믿음직하다는 결론을 얻었다”고 밝혔다.

조선의 언론보도에 따르면, 김정은 국무위원장은 2017년 9월 2일 핵무기병기화사업을 현지지도하면서 “분렬 및 열핵장약을 비롯한 수소탄의 모든 구성요소들이 100% 국산화되고 무기급 핵물질생산공정으로부터 부분품정밀가공 및 조립에 이르기까지 핵무기제작에 필요한 모든 공정들이 주체화됨으로써 우리는 앞으로 강위력한 핵무기들을 마음먹은 대로 꽝꽝 생산할 수 있게 되었다”고 말했다고 한다.

5. 만탑산 통째로 뒤흔든 1Mt급 폭발진동

조선은 2017년 9월 3일 평양시간으로 정오에 함경북도 길주군 풍계리 만탑산에 있는 지하핵시험장에서 열핵탄두기폭시험을 성공적으로 진행하였다. 조선이 기폭시킨 열핵탄두의 폭발위력수치는 외부에 알려지지 않았으나, 폭발과정에서 발생된 인공지진규모는 외부에서 측정되었다. 인공지진은 폭발위력에 직결되는 요소이므로, 인공지진규모를 파악하면 폭발위력이 얼마나 강한지 가늠할 수 있다. 하지만 인공지진규모를 정확히 측정하는 것은 그리 간단한 일이 아니다. 왜냐하면, 아래와 같은 요인들이 복잡하게 얽혀있기 때문이다.

첫째, 핵시험장의 지질 및 지층구조, 기폭심도, 갱도의 차폐능력에 따라 인공지진규모가 다르게 나타난다. 특히 함경북도 길주군 풍계리에 있는 지하핵시험장에서는 다른 핵보유국들이 사용한 지하핵시험장들에 비해 인공지진규모가 실제보다 적게 나타난다. 그 이유는 다음과 같다. <사진 8>

   

▲ <사진 8> 어느 한 남녘 보도에 소개된 만탑산 지하핵시험장 상상도다. 조선의 핵시험장 기폭실은 화강암층으로 이루어진 해발고 2,205km의 만탑산 정상 지표면에서 수직으로 약 2km 아래 깊은 땅속에 있다. 이것은 기폭실이 2km의 화강암층 안에 설치되었음을 의미한다. 위의 사진에서 보는 것처럼, 기폭실 가까운 곳의 지하갱도는 달팽이처럼 감겨있고, 지하갱도에는 10개의 강철차폐문이 설치되었다. 조선은 거의 완벽에 가까운 차폐시설을 건설한 것이다. © 자주시보, 한호석 소장

(1) 조선의 지하핵시험장이 자리 잡은 만탑산 해발고는 한라산 해발고보다 255m나 더 높은 2,205m다. 더욱이 만탑산은 암석 중에서도 강도가 가장 높은 화강암으로 이루어진 거대한 돌산이다. 조선은 한라산보다 더 높은 돌산을 파내어 지하핵시험장을 건설한 것이다.

(2) 조선의 핵시험장 기폭실은 만탑산 정상 지표면에서 수직으로 약 2km 아래 깊은 땅속에 있다. 이것은 기폭실이 2km의 화강암층 안에 설치되었음을 의미한다.

(3) 조선의 핵시험장 갱도입구에서 기폭실까지 가려면, 수평갱도에 설치된 10개의 강철차폐문을 차례로 열고 들어가야 한다. 기폭실 가까운 곳의 지하갱도는 달팽이처럼 감겨있는 모양으로 굴설되었다. 조선은 거의 완벽에 가까운 차폐시설을 건설한 것이다.

둘째, 인공지진파가 발생한 기폭점으로부터 지진관측소까지의 거리 및 지질상태에 따라 인공지진규모가 다르게 나타난다. 그래서 조선에서 진행된 열핵탄두기폭시험에서 발생한 인공지진규모를 측정, 분석한 결과는 측정기관들마다 조금씩 다르게 나왔다. 이를테면, 일본기상청과 포괄적핵시험금지기구는 각각 6.1이라고 발표하였고, 미국지질조사국과 중국지진국은 각각 6.3이라고 발표하였으며, 러시아 과학아카데미 산하 지질물리국 캄챠카지부는 6.4라고 발표하였다. 그런데 한국 기상청만 5.7이라고 축소발표하여 신뢰도를 스스로 떨어뜨리고 국제망신을 샀다. 위에 열거한 사실들을 살펴보면, 조선의 열핵탄두기폭시험에서 발생한 인공지진규모는 가장 적게 추산해도 6.1에 이른다고 볼 수 있다.

그런데 인공지진규모를 폭발위력으로 환산하는 계산법이 측정기관들마다 서로 다르기 때문에 폭발위력 추산값이 매우 큰 편차를 드러냈다. 이를테면, 미국 정보기관은 140kt(킬로톤)으로 추산했고, 중국과학기술대 연구진은 약 150kt으로 추산했고, 일본 방위성은 160kt으로 추산했고, 동아시아 영문매체 <디플로맷(Diplomat)> 2017년 9월 6일 보도기사는 500kt 이상일 가능성을 언급하였고, 러시아는 1,000kt으로 추산했다. 1kt은 상용폭약(TNT) 1,000t이 폭발하는 위력이고, 1,000kt은 1Mt(메가톤)이다. 1Mt는 상용폭약 1백만t이 폭발하는 위력이다. 상용폭약 1백만t은 적재중량이 10t인 대형 화물차 10만대로 실어 나를 엄청난 분량이다. 10t급 화물차 10만대가 5m 간격을 두고 일렬종대로 운행하면, 그 행렬의 길이는 서울에서 부산까지 거리의 3.4배에 이른다.

 

▲ <사진 9> 위쪽 사진은 포괄적핵시험금지기구의 지진측정장치에 나타난 조선의 열핵탄두기폭시험 인공지진파장을 보여준다. 그들은 인공지진규모가 6.1이라고 발표하였다. 아래쪽 사진은 러시아 과학아카데미 산하 지질물리국 캄챠카지부의 지진측정장치에 나타난 조선의 열핵탄두기폭시험 인공지진파장을 보여준다. 그들은 인공지진규모가 6.4라고 발표하였다. 미국 로스앤젤레스에 있는 캘리포니아주립대학 연구진이 2006년에 작성한, 지진규모를 폭발위력으로 환산하는 '켈리 킬로톤 지표'에 따르면, 6.0의 지진규모를 폭발위력으로 환산하면 1Mt이고, 6.1의 지진규모를 폭발위력으로 환산하면 1.4Mt이다. 그러므로 조선의 열핵탄두기폭시험에서 발생한 인공지진규모를 6.0-6.1로 보면, 폭발위력은 1-1.4Mt이다. © 자주시보, 한호석 소장

나는 조선이 이번에 기폭시험을 진행한 열핵탄두의 폭발위력을 1Mt으로 추산한다. 그렇게 추산하는 네 가지 논거들은 아래와 같다.

(1) 미국 로스앤젤레스에 있는 캘리포니아주립대학 연구진이 2006년에 지진규모를 폭발위력으로 환산하는 ‘켈리 킬로톤 지표(Kelly Kiloton Index)’를 만들었는데, 그 지표에 따르면 6.0의 지진규모를 폭발위력으로 환산하면 1Mt이고, 6.1의 지진규모를 폭발위력으로 환산하면 1.4Mt이다. 그러므로 조선의 열핵탄두기폭시험에서 발생한 인공지진규모를 6.0~6.1으로 보면, 폭발위력은 1~1.4Mt이다. <사진 9>

(2) 현재 미국이 실전배치한 열핵탄두들 가운데 공학기술적으로 가장 진보되었다는 열핵탄두는 잠수함발사탄도미사일 트라이던트(Trident)-2 전투부에 8~12발 들어가는 W88인데, 이 열핵탄두의 무게는 360kg이다. 그런데 조선이 이번에 기폭시험을 진행한 열핵탄두의 무게는 700kg으로 추산된다. 무게가 2배 더 무거우면, 폭발위력이 2배 더 강하다고 볼 수 있다. W88의 폭발위력은 475kt이므로, 조선이 이번에 기폭시험을 진행한 열핵탄두의 폭발위력은 그보다 약 2배 강한 1Mt으로 추산된다.

(3) 조선의 열핵탄두기폭시험 폭발시각으로부터 약 8분 30분초 지났을 때, 지하핵시험장 갱도에서 인공지진규모가 4.6에 이르는 함몰지진이 발생했다. 조선이 이전에 진행한 지하핵시험들에서 발생하지 않았던 함몰지진이 이번에 처음 발생한 것이다. 일반적으로, 지하핵시험에서는 폭발위력에 상응하는 초고온과 초고압이 발생하는데, 기폭점 주변의 암반이 초고온과 초고압으로 30배 이상 팽창되고, 그에 따라 동굴 같은 팽창공간이 땅속에 생기고, 그 팽창공간이 무너지면서 함몰지진이 발생한다. 이번 열핵탄두기폭시험에서 처음으로 강력한 함몰지진이 발생한 것은 폭발위력이 엄청나게 컸음을 의미한다. 만일 폭발위력이 1Mt 미만이라면, 인공지진규모가 4.6에 이르는 강력한 함몰지진이 일어날 수 없다.

(4) 미국 온라인매체 <38 노스(North)> 2017년 9월 5일 분석기사에 실린 상업위성사진은 조선이 열핵탄두기폭시험을 진행한 이튿날 만탑산을 촬영한 것인데, 그 위성사진을 보면 조선의 지하핵시험장이 자리 잡은 만탑산 정상과 그 주변 골짜기들에서 열핵탄두기폭시험에서 발생한 폭발진동으로 산사태가 일어났음을 알 수 있다. 만탑산 전체가 거대한 폭발진동으로 덜덜 흔들리는 놀라운 장면을 상상할 수 있다. 만일 폭발위력이 1Mt 미만이라면, 한라산보다 더 높은 화강암산을 통째로 흔드는 폭발진동이 발생하지 않는다.

6. 조선핵무기연구소 앞에 남아있는 마지막 공정

조선의 언론보도에 따르면, 김정은 국무위원장은 2017년 9월 2일 핵무기병기화사업을 현지지도하면서 “핵무기연구소가 국가핵무력완성을 위한 마감단계의 연구개발전투를 빛나게 결속하기 위한 총돌격전을 힘있게 벌려야 한다고 강조”하였다고 한다. 2017년 9월 4일에 발표된 조선핵무기연구소 성명도 이번 열핵탄두기폭시험은 “국가핵무력완성의 완결단계목표를 달성하는데서 매우 의의있는 계기로 된다”고 지적하였다.

조선핵무기연구소가 화성-14형 대륙간탄도미사일에 장착하는 소형화, 경량화된 열핵탄두를 만들었으니, 이제는 조선의 핵무력이 완성되었다고 볼 수 있는데, 위의 인용문들은 조선의 핵무력이 아직 완성되지 않았고, 마감단계에 이르렀다고 인정하였다. 그렇다면 이번에 기폭시험에 성공한 열핵탄두 이외에 무엇을 더 만들어야 핵무력이 완성되었다고 말할 수 있는 것일까?

 

열핵탄두를 더 소형화, 경량화하여 대륙간탄도미사일 전투부 안에 여러 발 장착할 수 있게 되었을 때, 조선은 자기의 핵무력이 완성되었다고 말할 수 있을 것으로 생각된다. 다시 말하면, 각개발사식 재돌입체들(MIRVs)에 들어가는 소형화, 경량화된 열핵탄두를 만들어내는 마지막 공정이 조선핵무기연구소 앞에 남아있는 것이다.

현재 미국이 실전배치한 열핵탄두들 가운데 공학기술적으로 가장 진보되었다는 W88 열핵탄두는 길이가 85cm이고, 가장 긴 부위의 지름은 40cm로 추산되는데, 조선이 이번에 기폭시험을 진행한 열핵탄두는 길이가 1.4m이고, 가장 긴 부위의 지름이 65cm로 추산된다. 지름이 65cm인 열핵탄두는 크기가 너무 커서 화성-14형 전투부에 1발밖에 넣을 수 없다.

 

조선의 열핵탄두를 각개발사식 재돌입체에 넣으려면, 열핵탄두 지름을 40cm 정도로 줄여 좀 더 소형화, 경량화해야 한다. 그렇게 소형화, 경량화된 열핵탄두 재돌입체들은 전투부 지름이 화성-14형보다 60cm 정도 더 긴 전투부를 얹은 신형 대륙간탄도미사일에 장착할 수 있다. 지름을 40cm 정도로 줄여 소형화, 경량화된 신형 열핵탄두들은 2017년 4월 15일 태양절 105주년 열병식에서 7축14륜 발사대차와 8축16륜 발사대차에 실려 등장한, 아직 시험발사를 하지 않은 대륙간탄도미사일들에 장착할 수 있다. 그렇게 되면, 열핵탄두 8발을 장착한 대륙간탄도미사일이 출현하게 되는 것이다.

열핵탄두를 그 정도로 소형화, 경량화하면, 폭발위력은 500kt으로 줄어들게 된다. 하지만 500kt급 열핵탄두 8발을 장착한 대륙간탄도미사일의 총폭발위력은 약 4배가 커진 4Mt으로 크게 증폭될 것이다. 대륙간탄도미사일 전투부에 500kt급 각개발사식 재돌입체 열핵탄두 8발을 장착하는 과제, 다시 말해서 소형화, 표준화, 규격화된 대륙간탄도미사일 장착용 열핵탄두를 만들어내는 과제, 바로 이것이 조선핵무기연구소가 핵무력을 완성하기 위해 달성해야 할 마지막 과제다.