중성미자 검출기로 북한 비핵화 검증 가능

↑ 북한 영변 지역의 인공위성 이미지

한국과 미국, 영국, 중국 등 6개국 물리학자들이 학문적 목적으로 만든 '중성미자 검출기'가 북한의 비핵화를 검증하는데 활용될 수 있다고 밝혔다. 중성미자 검출기를 활용하면 CCTV나 핵사찰 없이도 북한의 핵활동 여부를 '완벽하게' 확인할 수 있을 뿐 아니라 핵의 평화적 이용을 통해 북한 과학자들과의 공동 연구도 가능하다고 주장했다.
김영덕 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단 단장과 서선희 IBS 연구위원, 김수봉 서울대 물리학과 교수와 미국 매사추세츠공대(MIT), 영국 임페리얼컬리지런던, 독일 막스플랑크, 중국 고에너지물리학연구소 등 6개국 15개 기관 연구자들은 8일(현지시간) 국제학술지 '사이언스'에 '레터' 코너에 기사 형태로 "중성미자 검출기가 북한의 비핵화를 검증하는 도구로 사용될 수 있다"는 가능성을 제시했다. 학술지 사이언스는 지난 9월 '북한의 비핵화'를 주제로 정책포럼을 개최하고 북한의 핵 활동을 감시하기 위한 과학자들의 아이디어를 모았다. 서선희 연구위원은 "북한의 비핵화에 대해 미국 영국 등 많은 나라의 연구자들이 큰 관심을 보였다"며 "중성미자는 핵분열이 일어나면 발생하는 입자인 만큼 중성미자 검출기를 이용하면 핵활동 감지가 가능하다는데 의견을 모았다"고 말했다.
중성미자는 우주를 구성하는 기본 입자 가운데 가장 가벼운 입자로 빛의 속도에 가깝게 움직인다. 하지만 전하를 띠지 않고, 다른 물질과도 약한 상호작용만 하기 때문에 관측이 힘들어 '유령 입자'로도 불린다. 빅뱅, 초신성폭발, 태양의 핵융합, 우주선(Cosmic Ray)이 대기에 들어올 때 만들어진다. 인간의 활동으로 중성미자가 만들어지는 대표적인 사례가 바로 '핵분열'이다. 상업용 원자력발전소나, 연구용 원자로에서 핵분열이 발생하면 출력에 따라 중성미자가 만들어진다. 일반적으로 1000만 GW(기가와트) 출력의 원자로에서 1초에 발생하는 중성미자 수는 2해개에 다다른다. 국내 연구용 원자로인 '하나로'의 열출력이 30MW 수준이고 영광, 고리, 월성 지역에 전기 생산을 목적으로 하는 경수용원자로는 열 출력이 2.5~2.8GW에 이른다. 북한 영변 지역에는 열 출력 20MW급 원자로와 100MW급 실험용 경수로가 있는 것으로 알려졌다. 서선희 연구위원은 "원자로에서 생성되는 중성미자의 개수는 원자로의 열 출력에 비례한다는 점을 고려하면, 역으로 중성미자가 검출된 개수를 통해 원자로의 가동여부(켜짐과 꺼짐) 및 열 출력을 추적할 수 있다"며 "또 핵연료로 사용된 동위원소(우라늄-235, 우라늄-238, 플루토늄-239, 플루토늄-241)의 시간에 따른 변화도 감시할 수 있다"고 설명했다.
과학자들은 핵분열 과정에서 방출되는 중성미자를 분석해 아직 밝혀지지 않은 중성미자의 성질을 규명하려는 연구를 수행하고 있다. 전라남도 영광에 위치한 한빛 원자력발전소에서 설치된 '원자로 중성미자 진동 실험(RENO)'과 '단거리 중성미자 진동 실험 (NEOS)' 등이 대표적인 사례다.
중성미자가 다른 물질과는 반응하지 않을 뿐 아니라 핵분열시 반드시 발생하는 입자인 만큼 영변 원자로 1km 인근에 중성미자 검출기를 설치하면 CCTV나 핵사찰 없이도 북한의 핵활동 여부를 명확하게 파악할 수 있다. 서선희 연구위원은 "영변의 약산에 중성미자 검출기를 설치하는 일은 남북 정상이 합의만 한다면 바로 할 수 있을 만큼 기술적 완성도가 높은 상황"이라며 "또한 이를 통해 북한의 물리학자들과 공동연구도 가능할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 아이디어가 실현되고 북한 과학자들의 참여로 국제공동연구를 추진한다면, 비핵화 검증은 물론 물리학적으로 가치가 높은 연구결과들을 도출할 수 있을 것으로 기대하고 있다"며 "물리학의 최첨단 기술이 평화적 이용을 위한 도구로 사용될 수 있다는 가능성을 제시한 셈"이라고 덧붙였다.
[원호섭 기자]