핵실험과 제논(크세논 : Xe)의 방출

[얼음의 미소]

<남한에서 첫 검출된 방사성 물질 '제논'이란>

과학기술부가 25일 정부차원에서 북한의 핵실험을 공식 확인한다고 발표한 것은 국내에서 채집한 대기시료에서 방사성 동위원소인 '제논'이 검출됐다는 결정적인 근거에 따른 것이다.

그렇다면 제논과 핵실험과는 어떤 관계가 있는 것일까? 지진파가 핵실험 징후와 규모를 파악할 때는 사용되는 반면 핵실험의 성공 여부와 시기를 판단할 때는 대기 중 방사성 물질의 농도 변화를 측정한다.

핵실험이 이뤄지면 대기중에 수백∼수천종의 방사성 동위원소가 대기 중으로 흘러나온다. 이같은 방사성 물질들은 지하 핵실험의 경우 유출량이 극히 미량에 불과한 데다 유출과정에서 대기중에서 희석되면서 사실상 채집하기 어려워진다.

그러나 제논(크세논.Xe-135)이나 크립톤(Kr-85)은 다른 물질과 화학반응을 하지 않는 불활성기체인 데다 자연상태에서는 거의 발견되지 않기 때문에 핵실험 여부를 판단할 수 있는 핵심 물질이다.

제논의 원소기호는 'Xe', 원자번호는 54번이며 녹는점과 끊는점이 각각 섭씨 마이너스 111.9도, 마이너스 107.1도이고 색깔과 냄새도 없다. 특히 제논은 가장 가벼워 멀리까지 날아갈 수 있으며 크립톤은 폭발 후 최대 100년까지 공기 중에 남아 핵실험 여부를 판단할 수 있게 해 준다.

핵 실험 지역 인근에서 공기를 채집해 영하 50도 이하로 온도를 낮춘 뒤 흡착력이 강한 특수 필터(탄소 필터)에 통과시키면 산소나 질소 등 공기를 구성하는 주요 성분은 빠져나가고 무거운 제논과 크립톤만 달라붙는다.

이 때 제논과 크립톤의 비율을 측정하면 핵실험 여부는 물론 해당 핵폭탄이 농축우라늄으로 만들어졌는지 플루토늄으로 만들어졌는지도 확인할 수 있다고 한다. 플루토늄으로 핵실험을 하면 농축우라늄으로 한 실험보다 크세논의 비율이 훨씬 높게 나타나기 때문이다.

대기 중에서 미량의 제논을 검출하는 것은 쉬운 일이 아니어서 특수한 측정장비가 필요하다. 과학기술부가 스웨덴 국방과학연구소의 제논측정장비인 '사우나(SAUNAㆍSwedish Automatic Unit for Noble gas Acuisition)'를 빌려온 것도 핵실험의 여부의 열쇠인 '제논'을 탐지하기 위해서였다.