북한 핵실험 충격이 한반도를 포함한 전세계를 뒤흔들고 있다. 그러나 미국 등 일부에서는 지진파의 강도와 방사능 유무 등을 이유로 ‘핵실험을 하긴 한거야?’,‘제대로 하긴 했나?’라는 의혹의 눈초리를 보내고 있다. 심지어 재래식 무기를 이용한 위장 실험극이라는 추측도 나오고 있다. 과연 핵실험이란 무엇을 말하는 것일까. 특히 북한이 실시한 땅속 핵실험은 어떤 방식으로 진행되는 걸까.

# 핵실험의 종류

핵실험은 핵무기의 위력을 알아 보기 위해 소량의 핵분열 물질을 미리 터뜨려 보는 것이다. 땅위, 땅속, 물속, 공중에서의 핵실험, 컴퓨터를 이용한 모의실험 등이 있다. 땅위에서 진행되는 핵실험은 냉전시기에 미국과 옛 소련이 많이 이용했던 방법이다. 그러나 막대한 양의 방사성 물질이 대기권을 오염시키는 등 부작용 때문에 1960년대 이후 중단됐다. 물속 핵실험은 주로 공해(公海) 상에서 이뤄지는데 해양 생태계를 심하게 망가뜨리게 된다.

반면 땅속 핵실험은 인접한 나라에 피해를 주지 않고 은밀히 실시할 수 있는 장점이 있다. 북한도 한반도 인근 바다의 수심이 얕아 해일 발생으로 인한 외교적 마찰 등의 우려 때문에 물속 핵실험 대신 땅속 핵실험을 택한 것으로 보인다.

그러나 땅속 핵실험은 인공지진을 일으켜 인근 지층의 변화와 지반 균열, 함몰을 일으킬 수 있다. 지난 1970년 미국 네바다주에서 실시된 1메가t급 수소폭탄 실험때 인근 라스베이거스에 지진이 발생해 건물에 금이 가고 창문이 깨졌다. 때문에 지금까지 핵 보유국들의 핵실험은 주로 사막에서 진행됐다.

# 땅속 핵실험은 어떻게

땅속 핵실험은 마치 석유를 시추하듯 진행된다. 땅 속 깊숙이 지름 1∼3m의 갱도를 판 뒤 맨 밑바닥에 핵폭탄을 넣는다. 이후 폭발하면 갱도가 붕괴되면서 자연스레 입구를 막게 된다. 방사성 물질은 땅 속에 묻힌다.

통상 수직 갱도는 200m에서 최대 1㎞ 이상 판다. 갱도 내부는 시멘트와 석고, 철판으로 둘러치고, 핵실험의 결과를 확인하기 위해 200m 외곽에 관측소를 설치한다.

통상 핵폭탄은 직경 1m 안팎, 길이 20m 정도의 크기로 만든다. 핵폭탄 주위에는 방사능 측정 기구 등 각종 장비가 설치돼 있다. 폭발 순간을 촬영하기 위해 100만분의 1초까지 찍을 수 있는 X선 고속촬영기도 설치된다. 고속촬영기는 핵폭발 직후 찰나의 순간을 찍고 바로 파괴된다. 폭발 영상은 수백m 이상 떨어진 무인관측소를 거쳐 지진계, 방사선 측정기 등 다른 계측 장비가 보내온 정보와 함께 연구소로 전해진다.

실험 직후에는 지진이 발생한다. 이 지진파는 자연적인 지진과 구별되기 때문에 전문장비를 동원하면 수백㎞ 밖에서도 핵실험을 했는지 여부를 판단할 수 있다.

# 새로운 방식의 핵실험

최근엔 한층 업그레이드된 핵실험이 진행되고 있다. 핵실험 자료들이 축적되고 고성능 컴퓨터가 나오면서 실제 폭발 없이 시뮬레이션만으로 핵실험이 가능해졌다.

실제로 미국과 프랑스 등은 기폭장치의 활성화에서 핵분열 연쇄반응에 이르는 과정에서 발생하는 온도와 압력의 변화를 컴퓨터로 시뮬레이션하는 기술을 활용하는 것으로 알려지고 있다.

한편 최근 핵 보유국들이 매진하고 있는 실험은 보유 핵무기의 신뢰성을 검증하기 위한 ‘임계전핵실험’이다. 만든지 오래된 핵탄두에 실린 기폭장치와 핵 물질 등을 점검하는 것이다. 핵폭발 직전 단계까지 충격을 줘 플루토늄과 폭약의 성능과 신뢰도, 안전성 등을 확인한다.

# 핵실험 탐지 방법

사전에 핵실험 징후를 탐지하는 것은 쉽지 않지만, 실험이 끝난 뒤에는 포착하기 쉽다. 탐지 방법은 크게 지진파, 위성, 정찰기 등으로 나뉜다. 이번 북한 핵실험 사태에서 보듯 지진파 탐지가 가장 빠르고 정확하다. 지하 1㎞에서 핵실험이 이뤄질 경우 리히터규모 3.8∼4.5 정도의 지진파가 발생하기 때문이다. 핵실험 장소가 관측소에서 수백㎞ 이상 떨어져도 1∼2시간 정도면 핵실험 여부가 확인된다.

이밖에 군사 위성이나 정찰기 등을 이용해 지하 핵실험에서 대기 중으로 방출되는 가스 성분을 탐지해 핵실험 사실을 확인할 수 있다.

이영표기자 tomcat@seoul.co.kr