[사이언스칼럼] 같은 우라늄, 다른 운명 - 테헤란과 서울의 갈림길

조재완 한국원자력연구원 경제성분석실 선임연구원

조재완 한국원자력연구원 경제성분석실 선임연구원

지난 몇 주간 갈 곳을 잃은 선박들이 호르무즈 해협에서 표류하는 동안 미사일과 드론이 하늘을 갈랐다. 이번 충돌의 한가운데 이란이 보유한 농축 우라늄이 있다. 흥미로운 점은 이란이 가진 것이 핵무기도, 무기급 우라늄도 아니라는 사실이다. 무기급 우라늄은 농축도가 통상 90% 이상이지만, 이란의 우라늄은 60% 수준으로 알려져 있다. 그런데도 미국과 이스라엘이 민감하게 반응하는 이유는 단순하다. 60%에서 90%로 가는 마지막 구간이 기술적으로 매우 짧기 때문이다.

자연 상태의 우라늄은 대부분 무거운 우라늄-238이고, 핵분열을 일으키는 우라늄-235는 0.7%에 불과하다. 우라늄-235는 느린 중성자에 부딪히기만 해도 둘로 쪼개진다. 과학자들은 이를 표면장력으로 겨우 모양을 유지하는 큰 물방울에 비유한다. 작은 충격에도 두 방울로 갈라지는 물방울 말이다.

그러나 우라늄-235만 골라내는 일은 만만치 않다. 가장 보편적인 방법은 원심분리기다. 우라늄을 불소와 결합한 기체 상태로 만든 뒤, 분당 5만 회전 이상으로 돌리는 거대한 원심분리기에 넣는다. 회전체 바깥은 음속을 넘는 초당 500m로 움직이며 엄청난 힘을 받는데, 전투기 조종사가 견디는 9G의 무려 11만 배가 넘는 가속도다. 무거운 우라늄-238이 바깥으로 밀려나면, 중심부에 우라늄-235 농도가 미세하게 높아진다. 다만 한 번의 분리로 얻는 농도 차이는 극히 미미해 수천 개의 원심분리기를 연속으로 연결하고, 이 과정을 반복해야 의미 있는 농축이 가능하다.

발전소에서 쓰는 우라늄은 농축도 3~5%, 이른바 저농축 우라늄(LEU)이다. 20% 이상은 고농축(HEU)으로 분류돼 강한 국제 제재 대상이다. 이란이 보유한 60%는 무기급(90%)과 산업 기준선(20%) 사이의 회색지대에 있다. 자연 상태 0.7%에서 60%로 가는 길은 농도가 85배 오르는 험한 산길이지만, 60%에서 90%로 가는 마지막 구간은 1.5배에 불과하다. 이란의 60%를 민감하게 받아들이는 이유다.

최근 한국과 세계가 주목하는 새로운 농축도가 있다. 5%와 20% 사이, 이른바 헤일루(HALEU)다. 우리말로는 고순도 저농축 우라늄. '고'와 '저'가 한 이름에 모순처럼 있지만 의도된 작명이다. 법적으로는 분명 20% 미만의 저농축이지만 그 위쪽 끝, 통상 19.75%까지 끌어올린 연료를 가리킨다. 차세대 소형모듈원자로 대부분이 HALEU를 요구한다. 작은 노심에서 더 오래, 더 효율적으로 타기 때문이다.

문제는 우리는 농축시설이 없다는 점이다. 한미 원자력협정에 따라 연구 목적 외의 농축이 불가능하다. 그동안은 큰 문제가 아니었다. 대형 원전용 저농축 우라늄은 시장에서 안정적으로 구할 수 있었기 때문이다. 그러나 HALEU는 사정이 다르다. 전 세계 상업용 HALEU의 사실상 유일한 공급자였던 러시아가 우크라이나 전쟁 이후 서방 시장에서 차단되면서, 미국은 2024년 5월 러시아산 우라늄 수입을 금지했다. 차세대 원자로 회사 테라파워는 연료 공급이 끊기며 가동 일정을 2년 미뤄야 했다.

우리 차세대 원자로 산업이 직면한 진짜 문제는 노형이 아니라 연료다. 서방의 주요 핵연료 공급자 미국, 캐나다, 프랑스, 일본, 영국이 결성한 '삿포로 5'는 러시아 없는 HALEU 공급망을 만들기 위한 동맹이다. 다행히 한국수력원자력은 지난해 미국 농축기업 센트러스와 10년 장기 공급계약을 맺고, 농축시설 신규 투자까지 참여하기로 했다. 농축을 직접 할 수 없는 우리에게 남은 길은 분명하다. 해외 시설의 지분을 확보해 장기계약으로 묶는 것, 기름 한 방울 나지 않는 우리가 비축시설과 석유화학으로 버티는 방식과 같다.

같은 우라늄을 두고, 테헤란은 농축 권리를 둘러싼 갈등 속에서 제재와 충돌의 길로 향했고, 서울은 동맹과 협력을 통해 산업과 번영의 길을 모색하고 있다. 같은 기술이 한쪽에서는 전쟁의 도화선이 되고, 다른 한쪽에서는 산업의 기반이 된다. 이 갈림길을 가르는 것은 결국 신뢰다. 한국이 쌓아온 비확산 체제의 신뢰, 차세대 원자력 시대에서 가장 중요한 자산일지 모른다. 조재완 한국원자력연구원 경제성분석실 선임연구원