日本福岛第一核电站及其事故详解

日本福岛第一核电站及其事故详解福岛第一核电站座落于日本福岛县双叶郡大熊町及双叶町，为东京电力公司的第一座核能发电厂，简称“1F”。共有六个机组运转中，总发电量为4.7兆千瓦，是全世界25个发电量最大的发电场之一。首座机组于1971年开始运转，方案中的第七号机组预计于2013年运转，第八号机组预计于2014年运转。在2011年福岛第一核电厂事故里，核子反响炉发生爆炸，遭受损毁。1960年〔昭和35年〕11月29日：福岛县对东京电力，说明以提供双叶郡建地为核能发电厂建厂作诱因。1961年〔昭和36年〕9月19日：大熊町议会议决通过促使核能发电厂建厂之议案。10月22日：双叶町议会议决通过促使核能发电厂建厂之议案。1964年〔昭和39年〕12月1日：东京电力设置大熊町福岛调查所〔65年成立“福岛核能建设准备事务所”、67年成立“福岛核能建设所”〕。1966年〔昭和41年〕1月5日：申请公有水面填埋执照许可。7月1日：提出1号机反响堆设置许可申请。12月1日：取得1号机反响堆设置许可。12月23日：与周边10渔协缔结“渔业权损失补偿协定”。1967年〔昭和42年〕9月18日：提出2号机反响堆设置许可申请。9月29日：1号机开工。1968年〔昭和43年〕3月29日：国家许可2号机反响堆设置。1969年〔昭和44年〕4月4日：福岛县与东京电力之间缔结“核电厂平安确保相关协定”。1970年〔昭和45年〕1月23日：国家许可3号机反响堆设置。7月4日：1号机核燃料初始装填。11月17日：1号机开始试运转。〔翌年5月11日实施记念式典礼〕1971年〔昭和46年〕2月22日：提出5号机反响堆设置许可申请。3月26日：1号机开始营业运转。8月5日：提出4号机反响堆设置许可申请。9月23日：国家许可5号机反响堆设置。12月21日：提出6号机反响堆设置许可申请。1972年〔昭和47年〕1月13日：国家许可4号机反响堆设置。12月12日：国家许可6号机反响堆设置。1974年〔昭和49年〕7月18日：2号机开始营业运转。1976年〔昭和51年〕3月22日：“核电厂周边地域平安确保相关协定”改定为“加上在地4町三者协定”。3月27日：3号机开始营业运转。1978年〔昭和53年〕4月18日：5号机开始营业运转。10月12日：4号机开始营业运转。1979年〔昭和54年〕10月24日：6号机开始营业运转。2000年〔平成12年〕1月7日：向县知事报告3号机实施预定MOX燃料装载任务延期。2001年〔平成13年〕2月26日：当时福岛县知事佐藤荣佐久对于3号机MOX燃料方案、当面说明许可进行。2002年〔平成14年〕8月29日：核能平安保安院检查东京电力核能发电厂・公布补修作业处理不适当。10月25日：经济产业省提出东京电力1号机反响堆围阻体泄漏率试验报告书造假。进一步、1号机接受为期1年运转停止处分。2003年〔平成15年〕4月15日：因有定期检查时段重叠之因素，所以停止东京电力所有的运转中之核电厂反响堆运转。7月10日：当时福岛县知事佐藤荣佐久允许6号机再开始运转。2005年〔平成17年〕7月30日：1号机再开始运转。2006年〔平成18年〕12月5日：发生1号机复水器海水出入口温度测定资料报告书被篡改。2007年(平成19年)7月24日：由于2007年新潟县中越冲地震柏崎刈羽核电厂遭到一些事故，日本共产党福岛县委员会、同县议会议员团、为确保核电厂平安性以福岛县连络会之名义连名要求东京电力提出“福岛核电厂10基耐震平安性总检查报告书”。2010年〔平成22年〕2月16日：福岛县知事2月开例行性县议会，东京电力向福岛县议会申请“福岛第1核电厂3号机MOX燃料实施方案”，议会说明有条件的接受其方案。同知事在去年县议会对这方案也检讨再开“能源政策检讨会”，因推行核燃料再利用为国家方针。亦谈及玄海核电厂使用MOX燃料开始发电等之议题，也谈及接受其方案。9月18日:3号机以MOX燃料发电、开始试运转。10月26日:3号机MOX燃料发电、开始营业运转。2011年(平成23年)3月11日:因2011年日本东北地方太平洋近海地震的影响造成1F所有的涡轮机及反响堆自动停止，之后亦发生紧急用的柴油发电机故障停止运转。随之发生冷却水循环系统异常。为释放围阻体压力也将蒸汽排放到大气中，之后发生氢气爆炸、接着建筑物崩落等事故。详情参照福岛第一核电站事故。核电站机组设备1号机、2号机和6号机反响堆都是由通用电气供给，3号机和5号机反响堆改由东芝供给，4号机的反响堆又换为日立制作所供给。通用电气的机组的建筑设计是由电气联结分享公司主导，其它机组的建筑设计那么是由供给商自行负责。鹿岛建设承包完成所有相关建造工程。从2010年9月开始，3号机核燃料开始局部使用混合氧化燃料〔总计32盒MOX燃料组件〕1号机的沸水反响堆是于1967年7月建造完工。于1971年3月26日开始正式进行工业发电。原本方案于2011年3月26日终止运转。但是，在2011年日本本州岛海域地震事件中，遭受严重损坏。1号机设计能够抵挡尖峰地表加速度为0.18g(1.74m/s2)的地震，其响应谱建立于像1952年克恩县地震一类的地震。在尖峰地表加速度为0.125g(1.22m/s2)长达30秒时间的1978年宫城县地震之后，所有机组又重新经过严格检验，但并没发现反响堆的关键零组件遭受任何损坏。机组反响堆类型开始运转日期总装机容量反响炉厂商建筑设计土木施工燃料、装载量所在地1号机沸水反响堆BWR-31971年3月26日千瓦通用电气Ebasco鹿岛建设大熊町2号机沸水反响堆BWR-41974年7月18日千瓦通用电气Ebasco鹿岛建设大熊町3号机沸水反响堆BWR-41976年3月27日千瓦东芝东芝鹿岛建设MOX燃料大熊町4号机沸水反响堆BWR-41978年10月12日千瓦日立日立鹿岛建设大熊町5号机沸水反响堆BWR-41978年4月18日千瓦东芝东芝鹿岛建设双叶町6号机沸水反响堆BWR-51979年10月24日110万千瓦通用电气Ebasco鹿岛建设双叶町7号机〔方案阶段〕改进型沸水反响堆ABWR预定2013年10月138万千瓦8号机〔方案阶段〕改进型沸水反响堆ABWR预定2014年10月138万千瓦1976年4月2日，区域内发生火灾，但没有对外公开。然而内部有人向田原总一朗揭发，才让外界得知。被举报后一个月，东京电力公司成认了这一事故。1978年11月2日三号机发生日本首次的临界事故，不过该事故直到2007年3月22日才被披露。1990年9月9日，3号机发生国际核事件分级表中的第二级事故。因主蒸汽隔离阀停止针损坏，反响炉压力上升，引发“中子束过量”讯号，导致自动停止。1998年2月22日，4号机于定期检查中，137根控制棒中的34根在50分钟间、全部被拔出25分之1(缺口约15cm)。2011年3月11日，因受东北地方太平洋近海地震影响，核电站当天起停止运作，并屡次发生爆炸，并定义为4级核灾变〔1号机：3月12日、3号机：14日，2号机及4号机亦于15日传出爆炸声，其中4号机更于15日和16日两次发生火灾〕，此次事故称为福岛第一核电站事故。2011年3月14日法国核能平安局〔ASN〕根据1至7的国际分级制，日本发生的核能事故可认定为第5级或第6级，与美国1979年的三哩岛事件相当。2011年3月16日根据日本朝日新闻社的报道，国际原子能总署IAEA已经将此次日本福岛核灾定义为6级核灾变，仅次于当年俄国的切尔诺贝利事件，当时是被列为7级，不过假设状况继续恶化，IAEA不排除将福岛核灾级数往上调。目前福岛6座反响堆已岌岌可危。东京电力表示、抢救3号反响堆为最高优先，次为4号反响堆。4号15日上午爆炸，外墙裂出2个8m²破洞，造成置放废燃料棒的储水池曝露于大气中。1号反响堆12日爆炸，堆心有熔毁情况，估计燃料棒70%受损。2号反响堆15日爆炸，堆心亦有熔毁情况，燃料棒30%受损。不过，东京电力表示，2号反响堆温度已趋稳定，堆内压力也已下降。5号及6号反响堆15日出现温度微升，目前正灌水进入这2座反响堆中，以冷却降温。机组反响堆类型温度升降反响堆爆炸与否堆芯融毁与否燃料棒受损%抢救顺序①→⑥备注1号机沸水反响堆BWR-3已降3月12日爆炸有熔毁情况70%(④抢救中)稳定2号机沸水反响堆BWR-4温度已趋稳定3月15日爆炸有熔毁情况30%(⑤抢救中)稳定/堆内压力下降3号机沸水反响堆BWR-4上升中3月14日爆炸有熔毁情况(①抢救中)屋顶受损4号机沸水反响堆BWR-4上升中3月15日上午爆炸有熔毁情况(②抢救中)外墙裂出2个8m²破洞，

废燃料棒储水池曝露于大气中5号机沸水反响堆BWR-43月15日出现温度微升否否否(③抢救中)正灌水进入反响堆中，以冷却降温6号机沸水反响堆BWR-53月15日出现温度微升否否否(③抢救中)正灌水进入反响堆中，以冷却降温福岛第一核电厂事故〔日语：福島第一原子力発電所事故〕是2011年3月11日日本宫城县东方外海发生矩震级大地震后所引起的一次核子事故，福岛第一核电厂因此次地震造成有堆芯熔毁危险的事故。日本内阁官房长官枝野幸男向福岛第一核电站周边10千米内的居民发布紧急避难指示，要求他们紧急疏散，并要求3千米至10千米内居民处于准备状态。他表示：“因为核反响堆无法进行冷却，为以防万一，希望大家紧急避难。”接到指示后，福岛县发出通报，紧急疏散辐射半径20千米范围内的居民，撤离规模为14000人左右。同时此事件也是人类史上第一次在沿海地区发生核电厂意外的事件，其相关的核污染(约当35000颗原子弹)对于整个太平洋及沿岸国家城市的影响仍待观察统计。2011年日本地震的直接影响日本标准时间〔JST〕2011年3月11日14点46分，日本东北海岸发生9.0级地震。在同一天，反响单元1，2和3号正在运转，4，5和6号早已停机做定期检查。当地震被检测到时，反响单元1，2和3号执行了自动关机程序。在反响堆关机后，发电功能即停止。正常情况下，电站可以利用外部电源驱动冷却和控制系统，但是地震对电网造成大规模破坏。紧急柴油发电机组虽然准确地启动，但是在15点41分突然中止运转，全部供给反响堆的交流电源即告失效。虽然电站已经建有海水保护墙，但是接踵而至的海啸摧毁了保护墙，淹没了地势较低的柴油发电机组。在柴油机组失效后，给控制系统供电的电池只能维持8小时。在13小时内，其它电站运来了电池和移动发电机，但是连接移动发电机到水泵的工作直到3月12日15点4分还在继续。通常情况下，发电机可以接到地下室的电源开关，但是当时地下室已被海啸淹没。概述1975年尚未建成时的福岛第一核电厂鸟瞰图。6号机组正在兴建。在3月11日地震之后，核子工程国际组织〔NuclearEngineeringInternational〕报告1号机、2号机和3号机都已自动关闭，而4号机、5号机和6号机正在进行维修，并没有开启运转。由于整个灾区停电，场区的用电，特别是做为冷却用途，只能靠发电场本身发电供给。因为主发电设施停止运转，必需依赖紧急柴油发电机供给冷却系统所需要的电力。但是，这些柴油发电机已被先前地震引起的海啸损坏。只运作了一小时，就都先后失去功能。虽然反响堆已自动关闭，内部的核能燃料仍旧需要冷却系统除去衰变热〔decayheat〕。工程师改使用电池供给反响堆控制与阀门所需要的电力。这些电池只能使用几个小时。日本自卫队正在运送更多的备用发电机和电池到福岛第一核电站。由于冷却系统故障，日本政府已于3月11日宣布进入“核能紧急事态”。历程3月12日，日本经济产业省原子能平安保安院表示，福岛第一核电站正门附近的辐射量是通常的70倍以上，而1号反响堆的中央控制室辐射量已升至通常的1000倍。这是日本首次确认有放射性物质外泄。3月13日，3号机疑似也可能发生局部堆芯熔毁。根据东京电力公司当地时间1pm通讯，发生化学爆炸的1号机注入海水与硼酸，这是为了要冷却与阻止进一步核反响。由于反响堆平安壳的气压过高，3号机已经排气。之后，为了要吸取中子，又灌入含有的硼酸的水。虽然核反响堆平安壳内的气压很高，2号机的水位也比正常低，由于冷却系统仍旧能够将水注入，水位相当稳定。同日日本核能研究开发机构宣布，依照国际核事件分级表，将福岛事故分级为第四级核事故。政府官员谈到堆芯熔毁的可能之后，大约170,000–200,000名居民已被疏散至平安地区。而法国那么认为问题比日本官方宣称的更严重，是第六级事故。3月14日上午11点01分，3号机也因同样问题而导致氢气爆炸，相关单位随后发出通报，附近方圆20千米内600多位居民全部室内避难。3月15日清晨6时10分，2号机组反响堆的控制压力池损坏，而引发爆炸，而4号机组发生氢气爆炸导致了火灾，相关单位随后要求厂房半径20千米范围内所有人撤离，30千米内范围内的人留在家中，并将此区空域发布为无限期区域禁飞令。3月16日，福岛第一核电站内处理危机的工作人员全部撤离现场，实行暂时的避难。3月17日，在早上自卫队直升机对乏燃料池3和4降水。在下午据报道4号机组乏燃料池满水和无燃料棒暴露。工程已经开始对六个福岛第一核电厂机组提供外部电力来源。3月18日，日本核平安局经济部表示福岛第一核电厂事故以国际核事故七级制中的第四级提升至第五级〔1、2、3号机为五级，4号机为三级。〕。根据从要求东京都知事石原慎太郎，约03:00JST东京消防厅出动三十辆消防车139消防人员和训练有素的救援队伍。这些措施包括消防车用22米的水塔，所有单位将参加日本自卫队的消防设备已部署。JDF预期利用TFD的设备以解决低水被证实存在于第4号机组，也新关注第3号机组。3月19日，第二组由100名东京消防队员组成的队伍取代了以前的队伍。他们使用的车辆可以从22米高空喷水，以冷却3号机组反响堆里面的废核燃料储存池。一天总共向反响器喷水7小时。东京电力公司汇报，这些水有效地将周围的乏燃料棒的温度降至100℃以下。反响堆状况汇总由JAIF(JapanAtomicIndustrialForum)提供数据。反响堆状况〔20日10:00〕26]123456输出功率(兆瓦)4607847847847841100反响堆类型BWR-3BWR-4BWR-4BWR-4BWR-4BWR-5地震时状态工作中工作中工作中无工作ANF没有燃料装载无工作〔方案中检修〕无工作〔方案中检修〕燃料棒受损受损受损正常正常正常压力容器正常疑心受损疑心没有受损正常正常正常核心冷却系统1(/RHR)无法工作无法工作无法工作不需要不需要(交流电供给中)不需要(交流电供给中)核心冷却系统2(/MUWC)无法工作无法工作无法工作不需要不需要不需要反响堆厂房严重受损轻微受损严重受损严重受损开洞预防氢气累积开洞预防氢气累积压力容器水位燃料露出燃料露出燃料露出平安平安平安压力容器的压力稳定未知上升后稳定平安平安平安围阻体压力未知低低平安平安平安向燃料棒注入海水进行中进行中进行中不需要不需要不需要向围阻体注入海水进行中考虑中进行中不需要不需要不需要释放压力暂时停止暂时停止暂时停止不需要不需要不需要核心温度过高过高过高温度上升中温度上升中温度上升中乏燃料储存池考虑注水(无数据)水位过低，注水中水位过低机能回复，冷却中机能回复，冷却中环境影响

(发电厂周边)福岛第一核电厂西门269.5微希沃特/小时20日05:40事务本馆北边3054微希沃特/小时20日15:00紧急撤离半径20km〔20-30km内关闭门窗防止辐射〕国际核事件分级等级5由日本核工业平安局评估〔反响核容器已受损〕；等级6〔由法国原子能平安委员会和芬兰核能局评估〕；设计问题在1960年代，通用电气〔GE〕开始生产Mark1加压沸水反响炉，并使用了建造容易，较小、较廉价的设计结构。福岛第一核电站的一号机组装备通用电气的一个沸水反响堆〔BWR〕﹐和一个称为“Mark1”的密封系统。前GE工程师布瑞丹鲍〔DaleBridenbaugh〕提到，“Mark1尚无法承受重大意外中可能面临的负担”，35年前他因担忧核子反响炉的平安设计问题而提出辞呈。布瑞丹鲍表示：“当时，我不认为各家电力公司审慎重视这个问题。我觉得，在完成分析之前，有一局部核电厂应该关闭，但通用电气公司和各家电力公司都不想这么做，我只好离开”。在诸多瑕疵当中，Mark1围阻容量小的设计最为人诟病，就像福岛第1核电厂现正经历的状况，这种设计经不起爆炸，以及氢气膨胀的冲击。1980年后期，通用电气自1957年以来的内部文件曝光，内容指称Mark1未经足够测试、存有影响平安的设计瑕疵，导致数家公共事业体、发电厂经营者曾打算对通用电气提告。期间，美国核电厂已针对所有Mark1进行改造，增加了排气系统，以便在过热的状况下尚能降压。通用电气说法GEHitachiNuclearEnergy发言人MichaelTetuan说：“‘BWRMark1’反响堆是业内的老黄牛，拥有40多年得到验证的平安可靠记录，从来没有哪一个‘Mark1’密封系统出现过破裂”。3月14日，另位发言人JamesHealy表示，该公司在北卡罗莱纳州威尔明顿的一个指挥中心已有工程师待命，随时准备为日本工程师提供援助，一起努力让福岛第一核电站的反响堆处于控制之中。GeneralElectricHitachi核能工程师JamesKlapproth表示，福岛核电厂已经设有排气系统协助释放压力。其他观点官方1972年，美国原子能委员会〔AtomicEnergyCommission〕平安检查官StephenH.Hanauer发现，Mark1存在难以接受的平安疑虑，同时建议Mark1停产。同年底，接掌核子管理委员会〔NuclearRegulatoryCommission，前身是原子能委员会〕的JesephHendrie表示，禁止Mark1的建议值得考虑。由于当时Mark1在核能发电产业和监管官员之间的接受度颇高，Hendrie认为如果此时下达禁止令，核能发电的时代也会跟着宣告结束。1980年间，核子管理委员会官员HaroldDenton曾断言，一旦发生事故造成燃料棒过热、甚至熔化后，Mark1反响炉爆炸的概率高达90%。学者伦敦帝国学院〔ImperialCollegeLondon〕核子工程中心主任RobinGrimes表示：“40年前这样做是为了方便，当时的设计判据是，方便性比平安问题更重要”、“就我所知，Mark1是唯一以那种方式建造的反响炉。这是很糟的决定，我们正在承受这个糟糕决定造成的后果。这真的是非常奇怪的设计”。关于福岛第一核电站在震灾发生后的一连串事件，麻省理工学院的Dr.JosefOehmen写了一篇文章〈WhyIamnotWorriedaboutJapan'sNuclearReactors〉，全文源于他写给住在日本亲戚的一封电邮。后被转贴在部落格，并引起了极大的回响，MIT核子工程科学系后将原文刊登。1至5号机使用的典型沸水反响炉马克1号围阻体截面图。

1：堆芯与燃料棒，5：乏燃料池，8：压力槽，11：干井，18：水〔湿井〕，24：抑压池。

湿井在围阻体底部形成一个环形槽。冷却系统故障于3月11日16点36分，日本政府宣布进入“核能紧急事态”〔日本法关于处理核子紧急准备之特别措施第15条〕，这是因为“1号机组和2号机组紧急堆芯冷却系统，无法确定反响堆的冷却水注入功能”。稍后，由于1号机组的反响堆水位监测功能恢复正常，警戒状态得以解除，但是在17点07分又重回警戒状态。40]3月12日清早，东京电力公司报告，汽轮机房的辐射强度正在升高。41]公司开始考虑排放压强大增的热气进入大气层，由于这动作会造成辐射外泄，必须审慎处理42]。内阁官房长官枝野幸男稍后发言，辐射外泄量很小，而且陆风会将辐射物质吹向大海。43]在2点整，平安壳内部气压报告为600

kPa，超过正常状况200

kPa。在5点30分，1号反响堆内部压强是“设计容量”的2.1倍。44]，或840

kPa45]。平安壳内部越来越高的温度会引起压强的增高，而冷却水泵和促使热气通过热交换器的风扇都必须依赖可靠的电源46]。假假设压强过高，那么必需将热气外释。借着水蒸气的蒸发，反响堆也可以冷却。但失去的冷却水必须补足。反响堆内的水应该只具有微量辐射性，但这假定核燃料并未遭受损坏。在7点整，东京电力公司发表新闻稿，可移动探测车对于放射线物质〔碘等等〕的测量显示，与正常值相比，辐射强度正在增加，另外一个探测中心也显示出辐射强度高于正常值。在核电站大门测量到的伽马射线剂量率或等效剂量率从4点整的69

nanogray微希沃特每小时〕，在40分钟内，跳到866

微希沃特每小时。47]在13点30分，1号机组附近探测到放射性铯-137和碘-13148]这意味着堆芯已经暴露于空气，从而发生局部堆芯熔毁或核燃料棒护套损毁。49]NHK网站报告，冷却水位降低过度，造成核燃料棒局部暴露。50]东京电力公司表示，厂区边界的辐射值已超过平安标准。51]有资料显示，东京电力公司当天曾考虑从附近海岸获取海水冷却六个反响堆当中的一个，但最终未有成行。有人认为东电是担忧自己的资产永久损毁。52]反响堆建筑物爆炸视觉化技术制成的数据图，显示出爆炸前后的1号机。3月12日15点36分，1号机发生爆炸。四名员工因此受伤，都已被送往医院治疗，幸无大碍。反响堆建筑物的屋顶及外墙的上半局部被炸毁，只剩下不锈钢梁架53]54]。屋顶与外墙是设计用来保护内部设备不至受到恶劣气候影响，并不能够抵挡爆炸所产生的高压力，也不能用为反响堆的平安壳。在每个机组的建筑物内部，“干井”与“湿井”这两个厚度超过2米的强力钢筋混凝土结构紧密地包住反响堆“压力槽”，形成“围阻体”45]55]。专家很快就毫无异议地断定这爆炸是氢气爆炸56]57]58]。由于水位降低，曝露出来的核燃料氧化铀温度过热，燃料棒护套的锆锡合金59]与蒸气发生氧化反响而产生氢气。60]平安设备应该在排气的同时点燃氢气，防止发生爆炸。但可能是因为断电而无法运作，这系统也失去功能。这些氢气泄漏出来，集中于建筑物上方的“更换燃料台”附近。这是整个建筑物最薄弱的地方，是由金属皮建成的屋顶与墙壁，也是爆炸炸掉的局部。政府官员表示，反响堆的平安壳仍旧无损，并没有发生大规模放射性物质外泄45]56]，虽然在爆炸事件后，辐射强度已明显地增加61]。ABC新闻报告，根据福岛县政府，核电站的每小时辐射剂量率已达1,015

微希沃特62]。有两位核能专家独立地指出切尔诺贝利核电站与福岛第一核电站之间设计与运作状况的差异，其中一位认为切尔诺贝利核能电厂事故应该不会再次发生63]64]。改用海水冷却3月12日20点05分，按照“核能管控法”和首相菅直人的指示，日本政府命令使用海水于1号机，尽力冷却反响堆可能会熔毁的堆芯65]。在21点整，东京电力公司发表，已经在20点20分开始将海水注入于反响堆，准备稍后用硼酸为中子吸收剂注入于反响堆，希望这动作可以促使防止发生“临界事故”66]。将反响堆的堆芯注满海水大约需5至10小时，之后需要10天时间来完成整个过程56]。在23点整，东京电力公司发表，由于在22点15分又发生地震67]，暂时停止注入海水，稍后，又重新启动45]。由于注入海水这动作会使得反响堆被不纯洁的水污染，这反响堆可能会遭遇退役命运，因为净化反响堆并不划算68]。原子力平安保安院微希沃特69]。2号机组日本新闻网报道，日本福岛第一核电站的2号反响堆在14日深夜因为冷却水蒸发导致4米高的核燃料棒完全暴露出水面，核燃料棒处于无法冷却的状态。报道称，虽然核能专家采取了“注入海水”的紧急方案，并使得反响堆内的水位一度上升至3.1米，但在23时20分许，水位又出现急剧下降，整个核燃料棒再度出现“裸露”的问题。东京电力公司成认，这一反响堆的核燃料棒的堆芯因为高温可能已经熔解。为了重新注入海水实施冷却，15日凌晨0时2分许，核能专家翻开了反响堆容器，让容器内的蒸汽外泄。0时30分许，第一核电站正门附近检测出了3200微希沃特的高浓度辐射剂量。东京电力公司称，如果核燃料棒持续无法冷却，当温度到达2000度的话，核燃料棒护套就会在高温中熔解，导致核泄漏，或许将造本钱次大地震中最严重的次生灾害。3月15日上午6点10分，2号机传出爆炸声70]。中午10点，确定2号机组出现中子辐射，初步判断为压力容器发生破裂，放射性物质出现泄漏。日本首相菅直人发表电视讲话，宣称核电站情况不容乐观，进一步要求扩大避难区面积。冷却系统故障东京电力公司发表，在3月14日13点25分，2号机的冷却功能已经停止71]。稍后，时事通信社报道，冷却水水位正在降低，2号机的4米长核燃料棒已经完全暴露约140分钟之久，很可能会发生堆芯熔毁72]73]。时事通信社又报道，在20点07分，核燃料棒仍旧有3.7米暴露在外，不能排除堆芯熔毁的可能性74]。共同通讯社报告，工作人员成功地将海水注入反响堆，覆盖了核燃料棒下半段。但是，上半段仍旧暴露在外，技术人员不能排除核燃料棒已经熔毁的可能。72]75]。在21点37分，东京电力公司报告，在核电站大门测量到的最高辐射剂量率3130微希沃特每小时。暴露在这辐射强度下20分钟等于非核能工作人员“年摄入限度”72]。在22点35分，辐射剂量率降低至326微希沃特每小时76]。大约在23点整，4米长的燃料棒又第二次完全暴露72]。东京电力公司发表，3号机的氢气爆炸可能引起2号机冷却系统发生故障，因为用来冷却2号机的五个水泵之中，在3号机爆炸之后，有四个水泵失去功能，剩下的一个水泵也短暂的停止工作77]。由于压力槽的一个气流流量计不小心被关掉，造成压力槽内部的压强升高，阻止海水注入，造成燃料棒完全暴露。为了要补充海水，必须先开启一个气阀，降低压力槽内部的压强72]78]。在3月15日4点11分，气阀开启成功，又可以将海水注入反响堆79]。3月18日，东电公司指出，核电站在地震后处于停电状态，应急发电机也因海啸而出现故障无法使用，1号机组到3号机组的核反响堆等无法冷却，如要恢复冷却功能，必须先修复外来电源，该公司在3月17日之前，已铺设了向2号机组输电用的新的电缆，并在3月18日进行发电站内部进行接续作业。这项作业首先在设备损坏程度较轻的2号机组进行，并希望18日晚上就能恢复输电以启动冷却装置。80]反响炉建筑物爆炸3月15日6点10分，2号机传出爆炸声。这爆炸可能损坏了压力槽下方的抑压系统。辐射级位〔965.5微希沃特每小时〕已超过法定限度〔500微希沃特每小时〕81]。核电厂内800名工作人员中，不必要人员都开始撤离82]，只留下50人员敢死队，称为福岛50勇士，继续这艰险的冷却工作83]。在爆炸之前辐射等效剂量率大约为73微希沃特每小时，在爆炸两个小时之后，等效剂量率很快就升高至8217微希沃特每小时84]85]。爆炸发生3小时之后，继续提高至11900微希沃特每小时。稍加比拟，普通人一年吸收的等效剂量只有1000微希沃特，所以，在那里一小时等于普通人12年所吸收的辐射剂量84]。稍后，内阁官房长官枝野幸男成认在压力槽下方的抑压池已在爆炸中损坏，造成压强降低。东京电力公司强调压力槽并没有破裂，因为辐射级位并没有升高86]。在3月15日举行的一个新闻发表会里，国际原子能机构的总干事天野之弥表示，2号机的反响炉可能已遭受损坏。他估计损坏小于5%87]。3月16日早晨，原子力平安保安院报告，所有燃料棒中，大约有33%已遭受损坏88]。3号机组与其它五个机组不同，3号机使用由氧化铀与氧化钚混合制成的一种燃料，称为混合氧化燃料。由于钚元素对于反响炉的中子效应与外释于环境会造成的致癌效应，假设发生任何事故，3号机更具有危险性81]。3号机与4号机的控制中心共用同一个办公室89]。3月14日上午11点01分，3号机也因同样问题而导致氢气爆炸，造成7人受伤、11人下落不明，但核装置保护设施尚未受损。相关单位随后发出通报，附近方圆20千米内600多位居民全部室内避难。3月16日上午，有消息传出4号机因过热冒出白烟，白烟很可能是含有辐射的水蒸气，但其后证实3号机组因“耗乏燃料池”无法冷却，水分蒸发成水蒸气，从而形成了白烟并并发生火警，辐射水平一度急升，全部工作人员要撤离，其后辐射水平稍为回落。内阁官房长官枝野幸男表示，3号机组的平安壳部份可能受损，放射性物质可能随蒸气向外扩散，正方案向核电厂注入硼酸，减低核裂变速度。同日下午，日本仙台市内霞目驻地的陆上自卫队第1直升机团曾尝试用直升机吊运大型盛水容器，将水注入3号机组内以作降温90]，但未能成功。91]3月17日上午9点48分，9点52分，10点00分，三架航空自卫队CH-47直升机吨〕。92]可是成效不彰，根据距离3号机组外约100米的仪器显示，于日本时间17日早上9时40分的辐射量数据为每小时3782微希，而投水后于10时20分那么为每小时3752微希，显示辐射量并未出现明显变化。93]为此，日本自卫队拟动用11辆配备超高水压功能的特殊消防车，从反响堆外部建筑30米的喷水地点开始，向200米外的海岸连成一线，用水管连接消防车，并从海里抽取海水冷却机组，估计每分钟将可以喷射6吨海水。94]下午7点，警视厅机动队11名人员〔年纪在25-41岁间〕赶来向3号堆放了四吨水但未放准位置。3月18日，当局再次向受损的3号机组注水降温，但防卫省表示，自卫队直升机不会参与，并无解释原因。经过陆空两路的灌水工作，核电厂周围的辐射水平在当天轻微回落，并在远处可见水蒸气从反响堆厂房升起。95]内阁官房长官枝野幸男在当天上午表示，虽然海水已经被注入到核废料冷却池，但难以估计有多少海水成功注入。96]冷却系统故障3月13日清早，原子力平安保安院的官员在新闻发布会报告，3号机的紧急冷却系统已失去功能，资深工程师正在埋头苦思、脑力激荡，试着寻找冷却反响炉的可行之道，防止堆芯熔毁97]。5点38分，由于失去电力，无法将冷却液注入反响炉。工作人员努力修复电源，降低气压98]。混合氧化燃料棒一度曾经有3米暴露在外，没有被冷却液遮掩99]7点30分，东京电力公司开始准备外释放射性蒸气，认为外释的辐射剂量相当小，不会影响个人身体健康100]。7点30分，技工用手操作，缓慢开启气阀，降低压力槽内的压强。9点20分，顺利完成整个程序。9点25分，开始通过消防泵将含有硼酸的水注入压力槽101]102]。13点12分，由于水位继续降低，压强不断升高，所以决定改使用海水98]。15点整，东京电力公司表示，虽然注入大量海水，反响炉内的水位并没有升高，辐射量反而增加103]。8点整，枝野幸男声明，水位已升高少许，有一只水位计显示水位现在又停顿持平。11点30分，原子力平安保安院的官员表示，水位计显示水位升高至只覆盖了燃料棒2米的位置，这是非常严重状况，很可能燃料棒会遭受损坏。其它计表的读数与这数据有差异，可能水计表也发生故障了104]。3月14日1点10分，由于储水池的海水完全罄尽，海水注入作业暂时停止。3点20分，水源恢复，继续注入海水102]。3月15日早晨，枝野幸男宣布，根据东京电力公司，在3号机与4号机之间某位置，探测器测量到等效辐射剂量率400毫希沃特每小时105]。但这可能是4号机爆炸飞落的灰烬所造成的测值，只限定于那位置106]。反响炉建筑物爆炸3月13日12点33分，日本政府主要发言人枝野幸男表示，如同先前1号机案例，3号机的建筑物内部也正在累积氢气，有可能发生类似的爆炸107]。3月14日11点01分，这氢气爆炸终究发生了。与1号机类似，建筑物屋顶及外墙的上半局部被炸毁，但是内部压力槽仍旧无恙。这爆炸比发生于1号机的爆炸强烈，在40千米以外都能够感觉得到。11点13分，反响炉内部压强为380

kPa；11点55分，压强为360

kPa，与参考压强400

kPa和1号机的最高压强相比拟，显得相当平稳。海水注入仍旧持续不段。在效劳厅，辐射剂量率为50微希沃特每小时。在发电场正门，测量值为20微希沃特每小时。108]。跟据东京电力公司报告，一共有11名员工受伤109]110]。乏燃料池过热3月16日10点左右，在30千米以外航行的日本放送协会直升机，捕捉到从福岛核电场缓缓升起的白烟影像。政府官员建议，3号机建筑物是最可能源头，其压力槽可能已出现破裂111]。因此，10点45分，在3号机与4号机共同的控制室内工作的操作员工集体撤离。稍后，又回到工作50岗位。11点30分，继续海水注入作业112]。16点12分，自卫队准备用CH-47直升机喷洒海水在3号机上方。工程师认为，位于3号机内部最上层的乏燃料池，由于海水沸腾蒸发，正在冒出浓浓白烟。乏燃料池是乏燃料暂时储存的地方。乏燃料会继续衰变，同时产生衰变热，假假设没有足够冷却液将温度降低，可能会起火，将放射性物直随着灰烬到处散播，非常危险。4号机的乏燃料池也严重缺水。但是，由于直升机测量到辐射剂量率跳高到50毫希沃特，任务被迫取消113]114]。21点06分，日本政府官员表示，3号机大概不会遭受严重损坏，但仍旧是政府最高优先115]。3月17日早晨，东京电力公司请求军方派遣直升机再度尝试喷洒海水于反响炉116]。9点45分，军方直升机正在执行这艰险任务117]。4号机组在3月15日上午4号核能机组着火，着火原因待查规估与1、3号机相同状况氢气爆炸。日本深夜23时，东电记者会成认，火灾导致外层建物崩落。而围阻体外的存放乏燃料棒的乏燃料池，因无法向其注水，目前水位缺乏可能造成燃料棒露出，放射性物质外泄。118]119]3月16日清晨，福岛第一核电厂四号机二次起火，外壁两处破洞，三十分钟后熄灭，有两名员工失踪。120]日本时间10点左右，第一原发冒出白烟，疑似4号机发出，其后证实3号机过热冒烟121]现在日本官方已将电厂人员全部撤出，包括最后的50名工作人员，日准备将向美国军方寻求直接援助。3月17日上午9点54分，一架航空自卫队CH-47实施了人工降水。稍后，日本原子能平安保安院〔NuclearandIndustrialSafetyAgency,NISA〕1位发言人提出回应，“我们无法前往现场，所以不能证实4号反响炉的耗乏燃料棒存放池是否还有水”。122]美国核子管理委员会〔NRC〕主席贾茨科〔GregoryJaczko〕17日表示，“美国官员认为，遭强震重创的日本福岛第一核电厂，至少有1具反响炉的受损情况远比日本政府成认的严重”，并说“因此我们认为，〔厂内〕辐射量极高，可能会影响采取修正措施的能力”。根据据纽约时报〔NewYorkTimes〕报道，“贾茨科认为，福岛第一核电厂4号反响炉用来存放耗乏燃料棒的水池，现在已经没水或只剩很少的水，导致燃料棒暴露在空气中，将辐射释出到大气层中”。122]经营福岛第一核电厂的东京电力公司〔TokyoElectricPowerCo.〕随即反驳贾茨科的说法，该公司发言人表示：“我们无法入内检查，但我们一直小心翼翼观察反响炉建筑物的周遭地区，并未发现任何特别的问题”。122]冷却系统故障大地震发生时，4号机正在进行从2010年11月30日开始的定期维修，是处于关机状态。在2010年12月，所有的燃料棒都被搬运到位于建筑物最上层的乏燃料池123]。在那里，乏燃料会被固定于“乏燃料架”。为了防止发生任何核反响，乏燃料架内部都含有硼元素106]。虽然这些刚刚烧过的乏燃料棒不再能用来发电，它们仍旧会产生很多的衰变热。与在5号机和6号机的乏燃料棒相比拟，4号机的乏燃料棒需要更多冷却资源124]。在2010年11月，福岛第一核电站的6个乏燃料池总共储存了大约3,450个乏燃料组件125]。2011年3月14日，乏燃料池的水温升高到84°C，这比平常水温25°C高出很多106]。3月15日19点整，国际原子能总署被告知这事实105]。3月15日6点整，乏燃料池附近发生爆炸，这可能是因为氢气累积而造成的爆炸，损坏了4号机的屋顶区域与旁边3号机的一局部建筑126]127]。9点40分，乏燃料池开始烧起熊熊大火，造成放射性污染，外释出很多乏燃料所含有的放射性物质128]129]。东电表示，在12点整，员工将大火扑灭130]131]。由于辐射级位高升，迫使很多员工撤离132]。3月15日早晨，枝野幸男宣布，根据东电，在4号机测量得到的辐射剂量率已达100毫希沃特133]134]。日本原子力平安保安院报告，外墙出现两个长宽各8米的方形破洞。17点48分，东电高层职员透露，乏燃料池的水可能正在沸腾135]。21点13分，4号机内部辐射率太高，员工不能够长时间待在那里136]。22点30分，东电报告，由于辐射率太高，员工无法做将水注入乏燃料池的准备106]。22点50分，东电开始考虑是否使用直升机喷洒海水于乏燃料池137]138]。但是顾虑到员工平安与是否能起实际作用，公司选择延后这动作。公司另外又考虑到是否可以改用高水压消防水管139]。3月16日5点45分，一位正在运送电池到控制中心室的员工发现，建筑物的西北角失火。他立刻将这状况报告上级，火势急速被控制。5点45分，火灾已被扑灭140]。11点57分，东电释出一张4号机相片。这相片显示4号机建筑物的大半外墙已倒塌141]。公司开始慎重考虑使用直升机喷洒硼酸于4号机142]。乏燃料池可能临界3月16日14点30分，东电宣布，公司相信乏燃料池已开始沸腾，这增加了暴露的乏燃料棒会到达临界状态的可能性143]144]。临界状态并不意味着类似核子弹爆炸一样的事件，而是持续地外泄放射性物质143]。20点整，公司准备使用警察水炮喷灌水于4号机145]3月16日，美国核能管理委员会主席格雷戈里·贾茨科在国会听证会发言，委员会认为乏燃料池内的水已经干涸146]。日本核子主管机构与东电对这断言提出质疑。同一天稍后，贾茨科相信他的发言正确无误，这消息在日本有可信来源证实147]。13点整，东电表示，从直升机可以观察到乏燃料池仍旧有很多水148]。法国的“辐射防护与核子平安研究院”对于这观察表示赞同，直升机的飞行员观察到4号机的乏燃料池仍旧有很多水，所以改变方案，换为喷洒海水于3号机149]。5及6号机组3月16日东京电力表示，5号及6号反响堆15日出现温度微升，目前正灌水进入这2座反响堆中，以冷却降温。150]3月18日日本原子力平安保安院指出5及6号机组电力供给中，06:00确认过核燃料池已注满水。151]3月19日日本原子力平安保安院指出6号机两台紧急柴油发电机启动并提供电力给5号机过核燃料冷却系统，冷却正在进行中。152]应对措施福岛第一核电场内一些测点的辐射剂量率。IAEA的反响日本政府于3月12日向国际原子能机构(IAEA)通报了本次事故。IAEA的事故紧急中心提出日本必须不间断同各加盟国之间交换事故最新情报的方针，并表示只要日本政府需要将提供技术支援153]154]。IAEA秘书长天野之弥日本时间3月13日凌晨