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코발트 폭탄

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목차

1. 개요

코발트 폭탄은 코발트-60을 사용하여 광범위한 방사능 오염을 유발하는 가상의 핵무기이다. 1950년 레오 실라르드가 처음 개념을 제시했으며, 1957년 영국이 실험을 시도했으나 실패했다. 2015년에는 러시아의 핵 어뢰 설계로 추정되는 '포세이돈'에 코발트 폭탄이 사용될 수 있다는 주장이 제기되었다. 코발트 폭탄은 핵분열 생성물보다 더 오래 지속되는 방사능 낙진을 생성하여 수십 년 동안 해당 지역을 거주 불가능하게 만들 수 있다.

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코발트 폭탄
코발트 폭탄
종류가상 무기
기능지구 종말 장치
설계자레오 질라르
개발 연도1950년경
기타 명칭질라르 폭탄
등장 작품닥터 스트레인지러브
폴아웃
메탈기어 솔리드 V 더 팬텀 페인
특징
개념핵무기의 일종으로, 대량 살상 및 지구 전체를 오염시키는 것을 목표로 함.
작동 원리코발트-59로 둘러싸인 열핵무기를 폭발시켜 코발트-60을 생성, 방사능 낙진을 통해 지구를 오염시킴.
잠재적 위험성코발트-60의 높은 방사능과 긴 반감기(5.27년)로 인해 광범위한 지역을 장기간 동안 오염시키고, 생명체에 치명적인 영향을 미칠 수 있음.
실현 가능성이론적으로는 가능하지만, 실제 개발 및 사용은 윤리적, 기술적 문제로 인해 매우 낮음.

2. 역사

러너드 실라르드가 1950년에 코발트 폭탄의 개념을 처음 제시한 이후,[1] 이 무기의 실현 가능성과 위험성에 대한 논의가 이어졌다. 1957년 영국과 1971년 러시아에서 코발트 폭탄 관련 실험이 진행되었지만, 실제 무기 개발로 이어지지는 않았다.[4][5]

2015년 러시아의 핵 어뢰 설계 문서가 유출되면서 코발트 폭탄에 대한 관심이 다시 높아졌다. 이 어뢰는 "해양 다목적 시스템 상태-6"(이후 ''포세이돈''으로 명명)으로, 광범위한 방사능 오염을 일으킬 수 있는 "수십 메가톤"급 위력을 가진 것으로 묘사되었다.[7][8][9][10] 러시아 정부 신문 ''러시아 가제타''는 이 어뢰의 탄두가 코발트 폭탄일 것이라고 추측했지만, 상태-6의 실제 존재 여부와 설계 내용은 여전히 불확실하다.[13][11]

2. 1. 개념의 등장과 초기 실험

코발트 폭탄의 개념은 1950년 2월 26일 물리학자 러너드 실라르드가 라디오 프로그램에서 처음으로 묘사했다.[1] 그의 의도는 그러한 무기를 만드는 것을 제안하는 것이 아니라, 핵무기 설계 기술이 곧 종말론적 무기가 지구상의 인류의 삶을 끝낼 수 있는 지점에 도달할 것이라는 것을 보여주기 위한 것이었다.[2][3]

1957년 9월 14일 호주 마라링가 사격장에서 영국이 실시한 앤틀러 작전 1차 실험에서 코발트 펠릿을 사용하여 핵무기 위력을 추정하기 위한 방사화학적 추적기로 사용한 폭탄을 시험했다. 이것은 실패로 간주되었고, 이 실험은 반복되지 않았다.[4] 러시아에서는 1971년 3월 페초라-카마 운하 예비 프로젝트의 일환으로, 삼중 "타이가" 핵 일제 시험에서 타이가 장치를 둘러싼 강철에서 비교적 많은 양의 코발트-60(60Co 또는 Co-60)을 생성했다. 이 핵융합 생성 중성자 활성화 생성물은 2011년 시험장에서 감마선량의 약 절반을 차지했다. 이러한 높은 비율은 주로 장치가 핵분열 반응보다는 핵융합을 주로 사용했기 때문에 감마선을 방출하는 세슘-137 낙진의 양이 비교적 적었기 때문이다. 이제 폭발로 형성된 호수 주변에는 2차림이 존재한다.[5][6]

2. 2. 냉전 시대의 위협과 불확실성

코발트 폭탄의 개념은 1950년 2월 26일 물리학자 러너드 실라르드가 라디오 프로그램에서 처음으로 묘사했다.[1] 그의 의도는 그러한 무기를 만드는 것을 제안하는 것이 아니라, 핵무기 설계 기술이 곧 종말론적 무기가 되어 지구상의 인류의 삶을 끝낼 수 있는 지점에 도달할 것이라는 점을 보여주기 위한 것이었다.[2][3]

1957년 9월 14일, 호주 마라링가 사격장에서 영국이 실시한 앤틀러 작전 1차 실험에서 코발트 펠릿을 사용해 핵무기 위력을 추정하기 위한 방사화학적 추적기로 사용한 폭탄을 시험했다. 그러나 이 실험은 실패로 간주되었고, 반복되지 않았다.[4] 1971년 3월 러시아에서는 페초라-카마 운하 예비 프로젝트의 일환으로, 삼중 "타이가" 핵 일제 시험에서 타이가 장치를 둘러싼 강철에서 비교적 많은 양의 코발트-60을 생성했다. 이 핵융합 생성 중성자 활성화 생성물은 2011년 시험장에서 감마선량의 약 절반을 차지했다. 이러한 높은 비율은 주로 장치가 핵분열 반응보다는 핵융합을 주로 사용했기 때문에 감마선을 방출하는 세슘-137 낙진의 양이 비교적 적었기 때문이다. 현재 폭발로 형성된 호수 주변에는 2차림이 존재한다.[5][6]

2015년에는 러시아의 핵 어뢰 설계로 보이는 페이지가 유출되었다. 이 설계는 "해양 다목적 시스템 상태-6"으로 명명되었으며, 나중에 공식적으로 ''포세이돈''이라는 이름이 부여되었다.[7][8][9][10] 이 문서에는 어뢰가 "광범위한 방사능 오염 지역을 생성하여 군사적, 경제적 또는 기타 활동에 오랫동안 사용할 수 없게 만들 것"이라고 명시되어 있었다. 그 탑재량은 "수십 메가톤의 위력"이 될 것이다. 러시아 정부 신문 ''러시아 가제타''는 탄두가 코발트 폭탄일 것이라고 추측했다. 상태-6이 실제 프로젝트인지, 아니면 러시아의 허위 정보인지 알려지지 않았다.[13][11] 2018년 국방부의 연례 핵 태세 검토에서는 러시아가 "상태-6 해양 다목적 시스템"이라는 시스템을 개발하고 있다고 밝혔다. 만약 상태-6이 존재한다면, 유출된 2015년 설계가 정확한지, 또는 어뢰가 코발트 폭탄일 수 있다는 2015년 주장이 진짜인지 공개적으로 알려진 바 없다.[11] 에드워드 무어 가이스트는 "러시아 의사 결정자들은 이 지역이 의도된 위치에 있을 것이라는 확신이 거의 없을 것"이라고 말하는 논문을 썼고,[12] 러시아 군사 전문가들은 "로봇 어뢰는 심해 장비 전달 또는 감시 장치 설치와 같은 다른 목적을 가질 수 있다"고 언급했다.[13]

3. 작동 원리

강력한 감마선 방출을 보여주는 코발트-60의 붕괴.


코발트 폭탄은 일반적인 코발트 금속()을 열핵무기 주변에 배치하여 만들 수 있다. 폭탄이 폭발하면, 열핵 폭탄의 2단계 폭발에서 융합 반응으로 생성된 중성자가 코발트를 방사성 코발트-60으로 핵변환시키고, 이 코발트는 폭발로 증발될 것이다. 이후 코발트는 응축되어 폭발로 인한 먼지와 잔해와 함께 지구로 떨어져 지면을 오염시킬 것이다. 침착된 코발트-60은 5.27년의 반감기를 가지며, 로 붕괴하면서 1.17 및 1.33 MeV의 에너지를 가진 두 개의 감마선을 방출한다. 따라서 전체 핵 반응식은 다음과 같다.

:59Co + n → 60Co → 60Ni + e− + 감마선.

니켈-60은 안정적인 동위원소이며, 변환이 완료된 후에는 더 이상 붕괴되지 않는다.60Co의 5.27년 반감기는 상당한 붕괴가 일어나기 전에 정착할 수 있을 만큼 충분히 길고, 방공호에서 붕괴를 기다리는 것은 비실용적으로 만들 만큼 짧지만, 강력한 방사선을 생성하기에 충분하다.[4] 많은 동위원소(금-198, 탄탈럼-182, 아연-65, 나트륨-24 등)가 더 방사성이 높지만, 더 빨리 붕괴되어 일부 인구가 방공호에서 생존할 수 있을 것이다.

4. 방사능 낙진 및 영향

코발트 폭탄의 방사능 낙진은 일반적인 핵무기와 다른 특성을 보인다. 코발트-60 (Co-60)에서 발생하는 감마선은 시버트(Sv)와 그레이(Gy)로 측정된 선량이 동일하게 취급되는데, 이는 감마선의 방사선 종류 가중 계수가 1이고, 신체 전체에 균등하게 퍼지는 침투성이 높은 방사선이기 때문이다.

코발트 폭탄이 폭발하면 시간당 10 Sv의 선량률을 유발하는 강력한 낙진이 발생한다고 가정할 때, 보호받지 못하는 사람은 약 30분 만에 치사량의 방사선을 받게 된다. 하지만 견고한 대피소에 있는 사람들은 방사선 차폐로 인해 안전할 수 있다.

코발트 폭탄으로 오염된 지역은 세미팔라틴스크 핵실험장 정리와 유사하게 납 유리로 덮인 굴착기 및 불도저와 같은 장비를 사용하여 제염할 수 있다.[20] 표토의 얇은 낙진층을 걷어내고 이를 지하수원으로부터 격리하여 깊은 참호 등에 묻으면 감마선 공기 흡수량을 수십 배로 줄일 수 있다.[21][22]

4. 1. 방사능 낙진의 특성

핵분열 생성물은 폭발 후 처음 몇 주 동안은 중성자 활성화된 코발트보다 더 치명적이다. 1~6개월 후, 대규모 열핵무기의 핵분열 생성물조차 인간이 견딜 수 있는 수준으로 붕괴된다. 따라서 대규모 열핵무기는 자동으로 방사성 전쟁 무기이지만, 핵분열 생성물의 낙진은 코발트 폭탄의 낙진보다 훨씬 더 빠르게 붕괴된다. 반면에 코발트 폭탄의 낙진은 영향을 받는 지역을 수십 년 동안 이 중간 상태에 묶어두어, 거주 가능하지만 지속적인 거주에는 안전하지 않게 만든다.

처음에는 동등한 크기의 열핵무기의 핵분열 생성물에서 나오는 감마 방사선이 Co-60보다 훨씬 더 강렬하다. 1시간에 15,000배, 1주에 35배, 1개월에 5배, 6개월에 거의 동일하다. 그 후 핵분열 생성물 낙진 방사선 수준은 급격히 감소하여, Co-60 낙진은 1년에 핵분열보다 8배 더 강하고 5년에는 150배 더 강하다. 핵분열에 의해 생성된 매우 장수명의 동위원소는 약 75년 후에 다시 60Co를 따라잡을 것이다.[14]

Co-60으로의 완전한 100% 전환은 가능성이 낮다. 1957년 마라링가에서 실시된 영국의 실험은 Co-59의 중성자 흡수 능력이 예측보다 훨씬 낮아 실제 Co-60 동위원소의 형성이 매우 제한적임을 보여주었다. 또한 낙진은 폭발로 인한 바람의 경로 전체에 걸쳐 균일하게 침전되지 않으므로, 일부 지역은 낙진의 영향을 비교적 덜 받으며, 지구 전체가 코발트 폭탄에 의해 생명이 없는 상태로 되지 않을 것이다.[15] 핵폭발 후의 낙진과 파괴는 폭발력에 비례하여 선형적으로 증가하지 않는다. 결과적으로, "오버킬" 개념—레오 실라르드의 "코발트 폭탄" 사고 실험에서 가정된 크기의 열핵무기가 생성하는 파괴와 낙진을 더 작은 폭발력의 열핵무기의 효과로부터 추론하여 단순히 추정할 수 있다는 생각—은 잘못된 것이다.[16]

4. 2. 방사선량 변화와 인체 영향

코발트 폭탄에 의해 방출되는 방사선의 경우, 시버트(Sv)와 그레이(Gy)로 측정된 선량은 동일하게 취급될 수 있다. 이는 코발트-60에서 발생하는 유해한 방사선이 감마선이기 때문이다. 감마선에 대한 시버트와 그레이 간의 변환 시, 방사선 종류 가중 계수는 1이 되고, 방사선은 신체 전체에 균등하게 퍼지는 침투성이 높은 방사선이므로 조직 종류 가중 계수 또한 1이 된다.

코발트 폭탄이 시간당 10 Sv의 선량률을 유발하는 강력한 낙진을 발생시킨다고 가정한다. 이러한 선량률에서, 낙진에 노출된 보호받지 못하는 사람은 약 30분 만에 치사량의 방사선을 받게 된다(중간 치사량을 5 Sv[17]로 가정). 견고하게 지어진 대피소에 있는 사람들은 방사선 차폐로 인해 안전할 것이다.

  • 5.27년의 반감기가 지난 후, 해당 지역의 선량률은 시간당 5 Sv가 된다. 이 선량률에서 방사선에 노출된 사람은 1시간 만에 치사량을 받게 된다.
  • 10 반감기(약 53년) 후, 선량률은 시간당 약 10 mSv로 감소한다. 이 시점에서 건강한 사람은 ''즉각적인'' 영향 없이 최대 4일 동안 낙진에 노출될 수 있다. 이러한 노출로 인한 장기적인 영향은 암 발생 위험 증가이다.[18] 4일째에는 누적 선량이 약 1 Sv가 되며, 이때 급성 방사선 증후군의 첫 번째 증상이 나타날 수 있다.
  • 20 반감기(약 105년) 후, 선량률은 시간당 약 10 μSv로 감소한다. 이 단계에서 인간은 연간 방사선량이 약 80 mSv가 되므로 24시간 내내 보호받지 않고도 생존할 수 있다. 이 연간 선량률은 평균 자연 배경 방사선률인 연간 2.4 mSv보다 약 30배 높지만,[19] 그 가변성 범위 내에 있다. 이러한 선량률에서는 암 발생과의 인과 관계를 확립하기 어렵다.
  • 25 반감기(약 130년) 후, 코발트-60의 선량률은 시간당 0.4 μSv 미만으로 감소하며 무시할 수 있는 수준으로 간주될 수 있다.

4. 3. 제염의 어려움

코발트 폭탄에 의해 오염된 비교적 작은 지역은 세미팔라틴스크 핵실험장 정리에 사용된 것과 유사하게 납 유리로 덮인 굴착기 및 불도저와 같은 장비를 사용하여 제염할 수 있다.[20] 표토의 얇은 낙진층을 걷어내고 이를 지하수원으로부터 격리하여 깊은 참호 등에 묻으면 감마선 공기 흡수량을 수십 배로 줄일 수 있다.[21][22] 1987년 브라질 고이아니아 방사능 사고 이후의 제염과 코발트-60을 사용한 "더티 밤"의 가능성은 핵무기급 코발트 폭탄의 낙진이 가라앉은 후 직면하게 될 환경과 유사성을 가지며, 물의 제염을 포함하여 제염에 도움이 될 "격리 코팅"과 저렴한 액체상 흡착제의 발명을 촉진했다.[23][24][25]

참조

[1] 서적 Armageddon Science: The Science of Mass Destruction https://archive.org/[...] St. Martins Griffin 2012-12-11
[2] 서적 Nuclear, Biological, and Chemical Warfare https://books.google[...] APH Publishing
[3] 웹사이트 Types of nuclear weapons http://nuclearweapon[...] The Nuclear Weapon Archive 2007-07
[4] 웹사이트 1.6 Cobalt Bombs and other Salted Bombs http://nuclearweapon[...] 2011-02-10
[5] 간행물 Radiological investigations at the 'Taiga' nuclear explosion site: Site description and in situ measurements
[6] 간행물 Radiological investigations at the 'Taiga' nuclear explosion site, part II: man-made γ-ray emitting radionuclides in the ground and the resultant kerma rate in air
[7] 뉴스 U.S. calls for new nuclear weapons as Russia develops nuclear-armed torpedo https://www.usatoday[...] 2018
[8] 웹사이트 Russia Releases Videos Offering An Unprecedented Look At Its Six New Super Weapons https://www.thedrive[...] The Drive 2018-07-19
[9] 간행물 Russia's New Super-Torpedo Carries the Threat of Nuclear Contamination http://nationalinter[...] 2015-12-08
[10] 웹사이트 'Secret' Russian nuclear torpedo blueprint leaked http://www.foxnews.c[...] Fox News 2015-11-12
[11] 뉴스 Buried In Trump's Nuclear Report: A Russian Doomsday Weapon https://www.npr.org/[...] 2018-02-02
[12] 간행물 Would Russia's undersea "doomsday drone" carry a cobalt bomb? 2016-07-03
[13] 뉴스 Russia reveals giant nuclear torpedo in state TV 'leak' https://www.bbc.co.u[...] 2015-11-12
[14] 웹사이트 Section 1.0 Types of Nuclear Weapons http://nuclearweapon[...]
[15] 간행물 The Effects of Nuclear Weapons http://www.alternate[...] United States Department of Defense and Department of Energy 1977
[16] 간행물 The global health effects of nuclear war http://www.bmartin.c[...] 1982-12
[17] 웹사이트 Lethal dose (LD) https://www.nrc.gov/[...]
[18] 간행물 The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection http://www.icrp.org/[...]
[19] 서적 Sources and effects of ionizing radiation http://www.unscear.o[...] United Nations 2008
[20] AV media Born of Nuclear Blast: Russia's Lakes of Mystery https://www.youtube.[...] 2010-11-28
[21] 웹사이트 Joint Division Questions & Answers - Nuclear Emergency Response for Food and Agriculture, NAFA http://www-naweb.iae[...]
[22] 문서 International Atomic Energy Agency International Atomic Enmergy Agency
[23] 웹사이트 Scavenging cobalt from radwaste http://www.neimagazi[...]
[24] 웹사이트 Sequestration Coating Performance Requirements for Mitigation of Contamination from a Radiological Dispersion Device- 9067 http://www.wmsym.org[...] Wmsym.org
[25] 웹사이트 Sequestration Coating Performance Requirements for Mitigation of Contamination from a Radiological Dispersion Device http://cfpub.epa.gov[...] Cfpub.epa.gov


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