중수로, 경수로 원자력발전소. 원자력폭탄(고농축 우라늄, 플루토늄)

 

 요즘 이란과 이스라엘의 전쟁이 가장 큰 뉴스 거리다. 이스라엘이 이란 내에 수 없이 많은 타켓들을 박살내는 중인데, 대부분 원자력폭탄생산과 관련된 시설이 많다. 고농축 우라늄을 만드는 원심분리기를 타격했다는 기사도 많이 나오는데, 북한 핵미사일관련 뉴스에 자주 나오는 플루토늄이라는 것과 어떤 차이를 보이는지, 일본에서 사용된 원자력폭탄과 비교해보면서 간단하게 기록을 해두려고 한다.

 

 한국인이라면, 히로시마, 나가사키 원자력 폭탄 투하와 그 당시에 사용된 폭탄 이름까지는 익숙할 것이다.

 히로시마에서는 "리틀보이", 나가사키에서는 "팻맨".

 간단하게 아래의 표와 같이 나타낼 수 있는데, 아래 내용 중 눈에 띄는 것은 핵물질이 다르다는 것이다.

구   분	리  틀  보  이	팻     맨
투하된 도시	히로시마	나가사키
핵물질	고농축 우라늄-235 (HEU)	플루토늄-239 (Pu-239)
핵물질 사용량	25kg(55파운드)	6.2kg(13.6파운드)
폭발력	약 15kt (TNT 기준)	약 21kt (TNT 기준)
크기	길이 3.0m, 직경 71cm	길이 3.3m, 직경 1.5m

 

 눈에 띄는 것은 다른 핵물질과, 핵물질의 차이에서 나오는 폭발력이다. 플루토늄은 겨우 6.2키로그램을 사용하면서 고농축 우라늄보다 훨씬 강력한 폭발력을 가진다는 것을 보여준다.

 

이스라엘이 수없이 많은 타켓을 파괴하고 있지만, 거기에서 자주 보이는 뉴스는 원심분리기를 폭발시켰다는 내용이다.

https://www.donga.com/news/article/all/20250618/131832282/1

 

 이란이 많이 가지고 있는 원심분리기는 고농축 우라늄을 생산하기 위한 시설로 이해하면 되겠다. 참고로 광석채굴 -> 정제(옐로우케이크)->화학처리->기체상태 -> 원심분리기 X 무한반복으로 고농축우라늄을 생산한다.( 이란은 세계 12위 우라늄 매장 국가다.)

 

 이란이 플루토늄을 가지지 못한건 중수로 원전을 가지고 있지 않아서가 가장 큰 이유인 것 같다. 경수로도 플루토늄이 나오기는 하지만, 중수로만큼 나오지 않고 재처리 시설도 필요한데, 이란은 현재 재처리 시설을 가지고 있지 않다고 알려져 있다.  이러한 이유로 이란이 수천기의 원심분리기로 고농축 우라늄을 통해 원자력폭탄을 만드려는 것 처럼 보인다. 이는 비공식 핵보유국인 이스라엘의 내로남불 정신무장으로 폭격받는 중이다.

 

 우리 나라의 경우 월성원자력발전소만이 중수로 원자력 발전소이고(그마저도 1호기는 중단함), 그 이외에 나머지 원자력 발전소는 전부 경수로 원자력 발전소다. 박정희 정부 때 도입한 캐나다 CANDU사의 모델로, 당시에도 미국이 한국의 핵무장을 우려해서 반대했다는 내용은 유명하다. 우리나라의 경우에는 원자력발전소 도입이 필요했는데, 경수로 모델을 사용할 경우 농축우랴늄이 연료로 들어가지만, 중수로의 경우 농축이 필요없이 천연 그대로인 상태를 사용할 수 있다는 장점에서, 농축기술이 없는 한국에서는 중수로원자력 발전소 도입을 강하게 밀고 나갈 수 밖에 없었다고 한다. 

 

아래는 경수로와 중수로 원자력 발전의 차이점(출처:CHAT GPT)

1. 경수로(Light Water Reactor, LWR): 세계에서 가장 흔한 원자로 경수로는 이름 그대로 ‘가벼운 물(경수)’을 냉각재 및 감속재로 사용하는 원자로입니다. 현재 세계 원전의 약 80%가 경수로를 기반으로 하고 있습니다.
특징
냉각재 및 감속재: 일반적인 H₂O(경수)를 사용
연료: 약 3~5%의 저농축 우라늄(LEU)을 사용
장점: 기술이 안정적이며, 국제적으로 표준화되어 있음
단점: 고농축우라늄을 사용하지는 않지만, 사용후 핵연료에서 플루토늄이 생성됨

2. 중수로(Heavy Water Reactor, HWR): 중수라는 차별점
중수로는 경수로와는 달리 중수(D₂O)를 감속재로 사용하는 원자로입니다. 중수는 수소의 동위원소인 중수소가 결합된 물로, 감속 능력은 좋으면서 중성자를 잘 흡수하지 않는 특징이 있습니다.

특징
연료: 천연우라늄도 사용 가능 (농축 필요 없음)
대표 모델: 캐나다의 CANDU 원자로
장점: 농축우라늄이 필요 없고, 연료 효율이 좋음
단점: 중수가 비싸고, 플루토늄 생성이 많아 핵확산 우려 있음

 

 

아래는 고농축우라늄과 플루토늄의 차이점(출처:CHAT GPT)

1. 고농축우라늄(Highly Enriched Uranium, HEU): 민감한 핵물질
   우라늄은 자연 상태에서 대부분 U-238이고, 원자로 및 무기에서 필요한 것은 극소수 존재하는 U-235입니다. 농축은 U-235의 비율을 높이는 작업이며, 이 농축률에 따라 용도가 달라집니다.
 - 저농축우라늄 (LEU): U-235 비율이 3~5% → 대부분의 원전 연료
 - 고농축우라늄 (HEU): U-235 비율이 20% 이상, 무기급은 90% 이상

2. 플루토늄(Plutonium, Pu): 사용후연료에서 생기는 또 다른 위협
    플루토늄은 자연에는 거의 존재하지 않지만, 원자로에서 U-238이 중성자를 흡수하면서 Pu-239로 전환됩니다. 이 Pu-239는 핵무기에도 사용 가능한 물질.

사용후 핵연료에서의 생성
경수로든 중수로든 사용후 연료에는 일정량의 플루토늄이 생김.
이를 다시 연료로 재처리할 수 있지만, 군사적 악용 가능성이 있어 민감한 사안.

 

 

 

전쟁 그만 좀 하자.

 

끝.