▲ 해당 기사가 실린 '사이언스'誌 지면.
(출처 : Science)

국제물리학자들이 학술적 목적의 중성미자 검출기로 북한의 비핵화를 검증할 수 있다는 주장을 제시했다.

한국, 영국, 독일, 일본, 중국 등 6개국 15개 기관 중성미자 학자들의 목소리는 국제학술지 '사이언스(Science)' 11월 9일자에 기사 형태로 담겼다. 국내에서는 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단(단장 김영덕), 서울대가 참여해 이들의 주장에 힘을 더했다.

중성미자(Neutrino)는 우주를 구성하는 기본 입자 가운데 가장 가벼운 입자다. 빅뱅, 초신성폭발, 태양의 핵융합 등 자연에서 만들어지기도 하고, 원자로에서 핵연료가 분열할 때 만들어지기도 한다.

이 때문에 과학자들은 아직 밝혀지지 않은 중성미자의 성질을 규명하기 위해 원자력발전소 근처에서 연구를 수행한다. 국내에서는 서울대와 IBS를 중심으로 전남 영광 한빛 원자력발전소에서 '원자로 중성미자 진동실험(RENO)'과 '단거리 중성미자 진동 실험(NEOS)'이 진행되고 있다.

사이언스 <Letters> 코너에 실린 이번 기사에는 북한 영변 원자로 주변에 중성미자 검출기를 설치한다면, 원거리에서도 북한의 비핵화 여부를 검증할 수 있다는 내용이 담겼다. 폐쇄회로(CC)TV의 도움 없이도 24시간 원자로의 가동상황은 물론, 플루토늄 생성도 감시할 수 있다는 것이다.

▲ 전남 영광 한빛 원자력발전소 부지에서 진행되는 중성미자 검출 실험 설계도. 원자로 중성미자 진동(RENO) 실험은 한빛 원자력발전소 부지에서 각각 290m, 1380m 떨어진 거리에 설치된 동일한 검출기로 실험을 진행한다. 한편, 단거리 중성미자 진동(NEOS) 실험은 한빛 원자력발전소 5호기 내부 공간에서 원자핵이 붕괴하며 생성된 중성미자를 분석하기 위해 설계됐다.

원자로에서는 1GW의 열 출력 당 1초에 2해(2x10²⁰)개의 중성미자가 생성된다. 생성되는 중성미자의 개수가 원자로의 열 출력에 비례한다는 점을 고려하면, 역으로 중성미자가 검출된 개수를 통해 원자로의 가동여부(켜짐과 꺼짐) 및 열 출력을 추적할 수 있다. 또 핵연료로 사용된 동위원소의 시간에 따른 변화도 감시할 수 있다.

서선희 IBS 지하실험 연구단 연구위원은 "영변지역 지형을 고려할 때 중성미자 검출기의 설치 위치에 따라 검증도구로 사용될 검출기의 종류가 달라질 것"이라며 "만약 접근제한으로 인해 1km 가량 떨어진 원거리에 설치돼야 한다면 현재 국내에서 가동 중인 검출기와 같은 종류의 검출기를 설치하는 것이 유리하다"고 설명했다.

▲ 북한 영변 지역에는 열 출력 20MW급 원자로와 100MW급 실험용 경수로가 위치한 것으로 알려져 있다.

중성미자 학자들은 실제로 이 아이디어가 실현되고 북한 과학자들의 참여로 국제공동연구를 추진한다면, 비핵화 검증은 물론 물리학적으로 가치가 높은 연구결과들을 도출할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 핵의 평화적 이용을 담보하는 동시에 북한 과학자들이 국제무대에 함께 오르는 일석이조의 효과를 볼 수 있다는 의미다.

▲ 이번 기사 작성에 참여한 김영덕 IBS 지하실험 연구단장(왼쪽)과 서선희 연구위원.

서선희 연구위원은 "중성미자 검출기는 기존 검증도구와 달리 통제지역인 원자로에서 벗어나 원거리에서도 핵 활동을 모니터링할 수 있다는 것이 장점"이라며 "이번 기사는 물리학의 최첨단 기술이 평화적 이용을 위한 도구로 사용될 수 있다는 가능성을 제시한 셈"이라고 말했다.

IBS 커뮤니케이션팀
권예슬