[논문 리뷰] A comparison of delayed radiobiological effects of depleted-uranium munitions versus fourth-generation nuclear weapons

André Gsponer, Jean-Pierre Hurni외 1명|ArXiv.org|2002. 10. 18.

Nuclear Issues and Defense참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 방사성 우라늄(du) 탄약과 제4세대 핵무기 간의 지연된 방사능 영향을 비교하여, 이라크에서 사용된 약 400톤의 DU가 초래하는 중장기 방사능 부담이 순수 헬륨 핵융합 무기 약 600kt의 가상의 핵무기와 유사하다고 밝힌다. 이 비교는 연소되지 않은 트리티움의 확산과 중성자 활성화에 기반하며, DU 사용이 저용량, 전술 핵무기 배치를 위한 전초로 작용할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

It is shown that the radiological burden due to the battlefield use of circa 400 tons of depleted-uranium munitions in Iraq (and of about 40 tons in Yugoslavia) is comparable to that arising from the hypothetical battle-field use of more than 600 kt (respectively 60 kt) of high-explosive equivalent pure-fusion fourth-generation nuclear weapons. Despite the limited knowledge openly available on existing and future nuclear weapons, there is sufficient published information on their physical principles and radiological effects to make such a comparison. In fact, it is shown that this comparison can be made with very simple and convincing arguments so that the main technical conclusions of the paper are undisputable -- although it would be worthwhile to supplement the hand calculations presented in the paper by more detailed computer simulations in order to consolidate the conclusions and refute any possible objections.

연구 동기 및 목표

• 이라크와 유고슬라비아에서 전장에서 사용된 고갈우라늄 탄약으로 인한 지연된 방사능 부담을 평가하기 위해.
• 순수 핵융합 열핵탄두를 기반으로 한 가상의 제4세대 핵무기에서 예상되는 부담과 이를 비교하기 위해.
• DU 사용이 방사능 물질의 전장 사용을 정상화하는 데 전략적 목적을 가진다는지 조사하기 위해.
• 특정 양의 DU 사용과 동일한 장기적 방사능 영향을 초래하는 제4세대 핵무기의 폭발 양량을 정량화하기 위해.
• 1945년 이후 전장 방사능 무기 사용에 대한 금기어김을 깨는 정치적 및 전략적 함의를 평가하기 위해.

제안 방법

• 보수적인 가정에 기반한 수동 계산을 사용하여 연소되지 않은 트리티움과 환경 물질의 중성자 활성화로 인한 방사능 부담을 추정한다.
• 식 (12), (13), (15), (16)을 적용하여 트리티움 확산과 토양 및 콘크리트의 활성화를 모델링하며, 주요 변수로는 트리티움 연소율(η), 중성자 상호작용 비율(φg), 물질 질량(mU)을 사용한다.
• 두 가지 폭발 양량 추정치를 도출한다: 식 (15)를 사용해 η < 0.9일 경우 하한선 추정, 식 (16)를 사용해 η > 0.9 및 높은 중성자 상호작용을 가정한 상한선 추정.
• 연소되지 않은 트리티움과 활성화 생성물(예: 22Na, 60Co)을 기반으로 DU(U-238)와 순수 핵융합 무기 간의 방사능 부담을 비교한다.
• 1950년대에서 1980년대에 발표된 열핵무기, 중성자탄, 평화적 핵실험에 관한 개방된 문헌을 활용하여 물리적 가정을 뒷받침한다.
• 전체 DU와 연소되지 않은 트리티움의 확산을 가정하는 단순화된 모델을 사용하여 복잡성을 최소화하면서도 핵심 통찰력을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이라크에서 전장에서 사용된 400톤의 고갈우라늄 탄약이 초래하는 방사능 부담은 제4세대 핵무기와 비교해 어떠한가?
• RQ2 순수 핵융합 무기에서 연소되지 않은 트리티움의 방사능 영향은 장기적인 환경 및 생물학적 영향 측면에서 고갈우라늄과 비교해 어떠한가?
• RQ3 군사 작전에서의 DU 사용이 저용량, 전술 핵무기 배치를 위한 정치적 및 전략적 연습으로서 얼마나 중요한가?
• RQ4 유고슬라비아에서 사용된 40톤의 DU와 동일한 장기적 방사능 영향을 초래하는 제4세대 핵무기의 폭발 양량은 얼마인가?
• RQ5 토양과 콘크리트의 중성자 활성화가 지표 폭발에서 전체 방사능 부담에 기여하는 방식은 어떠한가, 그리고 트리티움 확산보다 지배적인 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 이라크에서 사용된 400톤의 고갈우라늄이 초래하는 방사능 부담은 약 600kt의 고폭발 등가 순수 핵융합 제4세대 핵무기와 유사하다.
• 트리티움 연소율이 50%일 경우(η = 0.5), 식 (15)를 기반으로 제4세대 핵무기의 등가 폭발 양량은 약 60kt로 추정된다.
• 트리티움 연소율이 90% 이상을 초과할 경우(η ≥ 0.96), 방사능 부담은 지반 물질의 중성자 활성화에 의해 지배되며, 이 경우 식 (16)을 통해 약 3Mt의 상한선 등가 폭발 양량으로 추정된다.
• 지반 물질 활성화 기여는 트리티움 연소율이 매우 높을 경우(η ≥ 0.96)에만 의미 있게 되며, 이 외에는 연소되지 않은 트리티움이 주요 방사능 원천이다.
• 보수적인 가정 하에 비교는 탄탄하다: 전체 DU 및 연소되지 않은 트리티움의 확산을 가정하고, 22Na 및 60Co와 같은 활성화 생성물의 일관된 모델링을 수행한다.
• 이라크와 유고슬라비아에서의 DU 사용은 전장에서 방사능 물질을 사용하는 것을 정상화하기 위한 전략적 시험으로 기능했을 수 있으며, 향후 제4세대 핵무기의 배치를 위한 길을 열었다.