우라늄이 갈등의 '병목 현상'이 되는 이유는 무엇인가?

(댄 트리) - 우라늄 농축은 핵에너지 개발 과정에서 중요한 기술 중 하나입니다. 하지만 이 단계는 핵무기 기술로 이어지는 관문이 될 수도 있습니다.

지난주 이스라엘이 이란의 주요 핵 시설 세 곳을 공격하여 여러 과학자를 살해하면서 이스라엘과 이란 간의 긴장이 고조되었습니다. 나탄즈, 이스파한, 포르도우 등 세 곳은 오랜 역사를 지니고 있으며 이란의 우라늄 농축 프로그램의 핵심 시설입니다.

나탄즈와 포르도우는 최신 가스 원심분리 기술을 이용한 우라늄 농축 공정을 담당하는 주요 시설입니다. 이스파한은 원료(육불화우라늄, UF₆) 제조를 담당합니다.

테헤란에서 남쪽으로 450km 떨어진 이스파한의 우라늄 농축 시설 내부(사진: 로이터).

이러한 시설에 대한 공격은 이란을 단기적으로 핵 보유국으로 만들 수 있는 고농축 우라늄 생산을 늦추거나 방해하는 것을 목표로 합니다.

우라늄의 특성은 무엇이고, 우라늄을 농축하는 것이 왜 필요한가요?

우라늄은 주기율표의 악티늄족에 속하는 화학 원소로, 기호는 U, 원자번호는 92입니다. 우라늄은 지구 지각의 광석, 특히 사암, 화강암, 퇴적암에서 자연적으로 생성되는 약한 방사성 중금속입니다.

자연에서 우라늄은 주로 우라늄-238(U-238)의 형태로 존재하며, 99.27%를 차지합니다. 반면 우라늄-235는 약 0.72%에 불과합니다. 그러나 원자로에서 사용할 에너지를 생성하고 원자폭탄을 제조할 수 있는 것은 우라늄-235뿐입니다.

천연 형태의 우라늄(사진: 위키피디아)

그래서 우라늄 농축이라는 개념에 대해 이야기하게 되었습니다. 이 과정은 기본적으로 우라늄-238 동위원소를 점진적으로 제거하여 우라늄-235 비율을 필요한 수준으로 높이는 것입니다. 이를 통해 에너지 생산이 최적화됩니다.

이를 위해 그들은 원심분리기(분당 최대 7만 회전의 매우 빠른 속도로 회전하는 장치)를 사용하여 U-238과 U-235의 매우 작은 무게 차이를 활용합니다.

우라늄을 기체 상태로 원심분리기에 넣으면 무거운 원자(U-238)는 바깥쪽으로 밀려나고, 가벼운 원자(U-235)는 중앙에 더 가깝게 머무르면서 U-235가 점차 분리됩니다.

원심분리기를 이용해 우라늄을 농축하기 전과 후의 U-235 동위 원소(연한 파란색) 밀도(사진: Science).

이 과정은 필요한 농축 수준에 도달하기 위해 수천 번 반복됩니다. 구체적으로는 원자력 발전소에서 사용하기 위해 약 3~5%, 핵무기 제조에 사용하기 위해 약 90%가 사용됩니다.

이러한 잠재력 때문에 우라늄, 특히 우라늄 농축 과정은 국제적으로 긴밀히 감시되고 있습니다. 왜냐하면 동일한 기술이 평화적 목적과 군사적 목적 모두에 사용될 수 있기 때문입니다.

이란과 같은 국가가 우라늄 농축 기술을 보유하고 있다는 사실은 늘 세계적인 우려 사항이었습니다. 왜냐하면 이들이 U-235 비율을 충분히 높일 수 있다면 단시간에 대량살상무기를 만들 수 있기 때문입니다.

기술적 관점에서 우라늄 농축은 복잡한 인프라, 정밀한 제어, 그리고 높은 비용을 필요로 하는 매우 정교한 공정입니다. 바로 이러한 점 때문에 우라늄 농축은 에너지(원자력 개발)와 군사적 야망(핵폭탄)을 가르는 중요한 경계선이 됩니다.

우라늄 농축 수준

우라늄 농축의 4단계(사진: 센트루에너지).

U-235 함량에 따라 우라늄은 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 특히 3~5%의 우라늄은 "저농축"(LEU)으로 간주되는데, 이는 핵확산 위험 없이 민간 원자력 발전소에서 에너지를 생산하기에 충분한 수준입니다.

20% 이상의 우라늄은 무기급인 "고농축"(HEU)으로 분류됩니다. 특히 핵무기는 90%까지 농축된 우라늄을 필요로 하는데, 이 수준은 "세계 무기급"으로 알려져 있습니다.

한 가지 우려스러운 점은 우라늄을 60%에서 90%로 농축하는 것이 실제로 0.7%에서 60%로 농축하는 것보다 훨씬 쉽다는 것입니다. 제거해야 할 U-238의 양이 점점 줄어들고 있기 때문입니다. 다시 말해, 우라늄을 무기급으로 농축하는 것이 원자로에서 사용하기 위한 1단계 농축보다 더 쉽다는 것입니다.

SILEX 공정은 레이저를 사용하여 U-235 동위원소를 분리하는 과정입니다. 이 기술은 공간과 에너지를 절약함으로써 농축의 미래를 바꿀 수 있습니다(사진: Science).

우라늄은 에너지와 무기 외에도 의학적 용도로도 중요한 역할을 합니다.

그곳에서 U-235 동위원소나 고농축 우라늄을 사용하여 진단 영상과 암 치료에 필수적인 방사성 물질인 몰리브덴-99를 생산할 수 있습니다.

따라서 우라늄은 각국이 이 기술에 어떻게 접근하느냐에 따라 인도적 목적과 군사적 잠재력을 모두 갖춘 이중 용도 물질로 볼 수 있습니다.

국제기구의 엄격한 감독 하에

이러한 이중 용도의 특성으로 인해 우라늄 농축 기술은 핵확산 조약에서 주요 관심사가 되었습니다.

국제원자력기구(IAEA)는 회원국의 우라늄 농축 활동을 검사하고 감독하는 역할을 하며, 의도된 용도가 민간용이고 군사적 용도로 전용되지 않도록 보장합니다.

이러한 의무는 1968년 핵확산금지조약(NPT)에 명확하게 정의되어 있습니다. 그러나 이란과 같은 국가들이 IAEA와 부분적인 협력을 유지하면서도 농축 능력을 정상 수준을 넘어 계속 확대하고 있기 때문에 실제 감시는 훨씬 더 복잡합니다.

이스라엘은 이란의 주요 핵 시설을 표적으로 삼고 있다(사진: AP).

이란이 60% 농축도에 도달하면(민간용 농축도보다 높은 수준) 많은 전문가들은 정치적 결정이 내려진다면 몇 주 안에 이란이 "폭탄 투하 거리"에 놓일 수 있다고 추정합니다.

이는 나탄즈, 포르도우, 이스파한과 같은 농축 시설이 외교적 목적뿐 아니라 군사적 전략의 목적으로도 자주 공격받는 이유이기도 합니다. 최근의 공습이 그 예입니다.

우라늄의 잠재적, 전략적 가치

현재의 발전으로 우라늄 농축 기술은 획기적인 발전을 향해 나아가고 있습니다. 특히 레이저(SILEX 기술)를 이용한 연구는 원심분리기보다 훨씬 정밀하고 효과적인 농축의 가능성을 열어줄 수 있습니다.

그러나 이로 인해 기술을 통제하고 확산하는 데 많은 새로운 과제가 제기되는데, 소형 레이저 시스템은 대형 원심 분리 시설보다 숨기기가 훨씬 쉽기 때문이다.

벨기에 앤트워프 주 몰에 위치한 SCK CEN 핵연구센터(사진: Belganewsagency).

경제적 관점에서 우라늄 농축은 상업적으로도 점점 더 실현 가능해지고 있습니다. 농축 기술이 없는 국가들은 종종 다른 국가나 국제 농축 센터(일반적으로 러시아, 프랑스, ​​카자흐스탄에 있는 단지)에서 저농축 우라늄(LEU)을 수입해야 합니다.

세계적인 상황을 보면, 시간이 지남에 따라 우라늄 통제는 단순한 안보 문제가 아니라 많은 국가의 장기 에너지 전략의 일부가 되었습니다.

세계가 저탄소 에너지원으로의 전환을 위해 노력함에 따라, 원자력의 주요 연료인 우라늄은 21세기에 석유나 천연가스만큼 중요한 역할을 하게 될 수도 있습니다.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tai-sao-uranium-la-nut-that-trong-cac-cuoc-xung-dot-20250621175146509.htm