핵실험 절차에 따른 징후를 포착하는 게 가장 기본적인 탐지 방법이다.
핵실험 전에는 부지를 선정하고 갱도를 굴착한 뒤 핵무기를 운반해와 조립하게 된다. 핵무기에는 케이블이 연결되고 갱도는 되메워진다. 갱도를 되메울 때는 흙, 자갈, 모래, 석고, 콘크리트 등 건설 자재들이 대규모로 사용되기 때문에 이를 탐지 가능하다.
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| 북한 핵실험 추정 지역 [출처=구글어스] |
핵실험이 실시되면 인공지진파와 공중음파가 발생한다. 제논과 크립톤 등 소량의 불활성 방사성 기체가 대기로 유출된다. 핵실험 후에는 이런 요소를 감안해 핵실험 여부를 탐지할 수 있다.
포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO)의 공인 핵실험 탐지기술은 ▷지진파 ▷공중음파 ▷방사성핵종 탐지 ▷수중음파 등 4가지가 있다.
지진파를 이용한 탐지는 핵실험의 인공 폭발과 자연지진의 파형 차이를 통해 식별하는 방법이다. 핵실험은 S파(횡파)에 비해 P파(종파)가 현저하게 많이 관찰된다.
또한 핵실험은 초기 높은 파형이 나타난 뒤 지속적으로 작아져 단순하다. 자연지진은 불규칙적이며 복잡한 모습이다.
핵실험 진앙지 깊이는 자연지진(약 70km 전후)보다 훨씬 지표에 근접한 위치(5km 이내)에서 발생한다.
공중음파를 이용한 탐지는 핵 폭발 때 발생한 음파를 탐지하는 것으로, 사람이 들을 수 없는 20Hz 미만인 공중음파가 탐지된다. 이는 핵폭발 후 약 1시간 이내에 탐지돼 지진파 자료를 보완하는 역할을 한다. 그러나 화산폭발, 초음속 비행기, 오로라, 태풍 등에 의해서도 공중음파가 발생한다는 점을 유의해야 한다.
방사능핵종을 이용한 탐지 방법은 핵실험 때 암반 균열 등을 통해 외부로 누출되는 불활성기체를 포집하는 방법이다.
주로 제논과 크립톤이 지하 핵실험을 확증하는 증거로 활용된다.
제논은 반감기가 짧고 대기 중에 확산된 후 희석효과 등을 고려해 조기 탐지가 중요한 것으로 알려져 있다. 이는 핵실험 후 늦어도 10일 이내 탐지해야 핵실험 여부를 규명할 수 있다.
핵실험 탐지 체계로는 국내 170여개의 지진관측소가 활용된다. 특히 원주에 1970년 미국이 설치, 운영해 온 한국지진관측소(KSRS)는 CTBTO 지정 관측소로 세계 2위 규모를 자랑한다. 핵실험 후 수분 이내 200T 규모 이상을 탐지할 수 있다.
CTBTO 지진관측소는 주변국인 중국에 2개, 일본에 6개, 러시아에 1개가 있다.
또 중국 2곳, 일보 3곳에 설치된 미 지질측량국 관측소, 중국 6개소에 설치된 한중 공동 관측소도 한반도 주변 핵실험 탐지에 활용된다.
공중음파 탐지 체계는 강원도와 경기도 일대 7곳에 운용되고 있다.
주변국의 CTBTO 음파관측소는 러시아 2곳, 일본 1곳, 몽골 1곳에서 운용 중이다.
방사능핵종 탐지 체계 중 제논탐지용은 동해와 서해안에 고정식 2대, 차량 및 선박 탑재용 이동식 1대가 운용 중이다. 제논과 크립톤을 모두 탐지할 수 있는 기종은 중부 지역에 고정식 1대, 차량 및 선박 탑재용 이동식 1대 등이 운용 중이다.
주변국의 CTBTO 방사능핵종관측소는 중국에 2곳, 몽골에 1곳, 러시아에 1곳, 일본에 1곳 운용되고 있다.
북한의 1차 핵실험 때는 캐나다 소재 CTBTO 지정 관측소에서 제논을 탐지한 바 있다.
soohan@heraldcorp.com
