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福島第一核電廠事故（日語：福島第一原子力発電所事故／ふくしまだいいちげんしりょくはつでんしょじこ Fukushima daiichi genshiryoku hatsudensho jiko ?）是肇因於2011年3月11日在日本宮城縣東方外海發生的規模矩震級9.0級地震、與緊接引起的海嘯，在福島第一核電廠造成的一系列設備損毀、爐心熔毀、輻射釋放等災害事件[1][2]，為1986年車諾比核電廠事故以來最嚴重的核子事故[3]。
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除特別註明外，此條目或章節的時間均以日本標準時間（UTC+9:00）為準。
福島核電廠內共有六個沸水反應爐機組，是由通用電氣負責研發設計，東京電力公司（簡稱「東電」）負責管理運作。在大地震發生時，為了準備定期檢查，4、5、6號機正處於停機狀態。[4]當偵測到地震時，1、2、3號機組立刻進入自動停機程序。因此，廠內發電功能停止，由於機組與電力網的連接也遭受到大規模損毀，只能倚賴緊急柴油發電機驅動電子系統與冷卻系統。但是，隨即而來的大海嘯淹沒了緊急發電機室，損毀了緊急柴油發電機，冷卻系統因此停止運作，反應爐開始過熱。地震與海嘯造成的損毀也阻礙了外來的救援。在之後的幾個小時到幾天內，1、2、3號反應爐經歷了爐心熔毀。[5][6]員工們努力設法使反應爐得以冷卻，但卻又發生了幾起氫氣爆炸事件。[7]政府命令使用海水來冷卻反應爐，這也徹底打消了未來修復反應爐的念頭。[8]
於3月11日16時36分，日本政府宣佈進入「核能緊急事態」（日本法關於處理核子緊急準備之特別措施第15條），這是因為「1號機和2號機緊急爐心冷卻系統，無法確定反應爐的冷卻水注入功能」。稍後，由於1號機的反應爐水位監測功能恢復正常，警戒狀態得以暫時解除，但是在17時7分又重回警戒狀態。[9]
12日清早，東京電力公司（以下簡稱「東電」）報告，汽輪機房的輻射水平正在升高[10]。因圍阻體內冷卻水過熱蒸發壓力大增，開始考慮開啟壓力閥釋放出水蒸氣進行減壓，由於該動作會造成輻射外洩入大氣中，必須審慎處理[11]。內閣官房長官枝野幸男稍後發言，輻射外洩量很小，而且陸風會將輻射物質吹向大海。[12] 在2時整，圍阻體內部氣壓報告為600 kPa ，超過正常值200 kPa[13]。在5時30分，1號反應爐內部壓強是「設計限值」的2.1倍[14]，即840 kPa[15]。圍阻體內部越來越高的溫度會引起壓強的增高，而冷卻水泵和促使熱氣通過熱交換器的風扇都必須依賴可靠的電源存在[16]。假若壓強過高，則必需將熱氣外釋。藉著水蒸氣的蒸發，反應爐也可以稍微冷卻。但失去的冷卻水必須補足。反應爐內的水應該只具有微量輻射性，但這假定核燃料並未遭受損壞。
在7時正，東電發表新聞稿，偵測車對於放射線物質（碘等等）的測量顯示，與正常值相比，輻射水平正在增加，另外一個偵測中心也顯示出輻射水平高於正常值。[17]在核電站正門測量到的伽瑪射線劑量率或等效劑量率從4時正的69 納戈雷/時（nGy/h）（等效於0.069微西弗每小時），在40分鐘內，跳到866 nGy/h（等效於0.866微西弗每小時），後來更在10時30分達到高峰值385.5 微西弗每小時[18]。在13時30分，1號機組附近偵測到放射性銫-137和碘-131[19]。這意味著壓力槽中的冷卻水位過低，燃料棒已經暴露於槽內水面之上，從而發生核燃料棒護套損毀甚至是部分爐心熔毀[20]。日本放送協會網站報導，冷卻水位降低過度，造成核燃料棒部分暴露。[21]東電表示，核電廠邊界的輻射水平已超過安全標準。[22]
有資料顯示，東電當天曾考慮從附近海岸汲取海水來冷卻反應堆，但最終未能執行。有人認為東電是擔心自己的資產永久損毀[23]。
3月12日15時36分，1號機所在地的建築發生爆炸。四名員工因此受傷，都已被送往醫院治療，幸無大礙。反應爐建築的屋頂及外牆的上半部分被炸毀，只剩下不銹鋼樑架[24][25]。屋頂與外牆是用來保護內部設備不至受到惡劣氣候影響，並不能夠抵擋爆炸所產生的高壓力，也不是反應爐的圍阻體。在每個機組的建築物內部，有「乾井」與「濕井」這兩個厚度超過2公尺的強力鋼筋混凝土結構形成「圍阻體」，緊密地包住反應堆壓力槽[15][26]。
專家很快就毫無異議地斷定，這次爆炸是氫氣洩漏而引起的外部建築屋頂爆炸，並非反應爐本身[27][28][29]。由於壓力槽內壓力增加水位降低，暴露出水面的核燃料氧化鈾溫度過熱，燃料棒護套的鋯合金[30]與水蒸氣發生催化反應而產生的氫氣，隨著減壓洩氣時釋出而聚集於建築物內的上方。安全設備應該在排氣的同時點燃氫氣，避免發生爆炸。但可能是因為斷電而無法運作，該系統也失去功能。
政府官員表示，反應爐的圍阻體仍舊無損，並沒有發生大規模放射性物質外洩[15][27]，即使如此在爆炸事件後，觀測到輻射水平已明顯地增加[31]。ABC新聞報告，根據福島縣政府，核電站的每小時輻射劑量率已達1,015 微西弗[32]。有兩位核能專家分別獨立地指出切爾諾貝利核電站與福島第一核電站之間設計與運作狀況的差異，其中一位認為車諾比核能電廠事故應該不會再次發生[33][34]。
3月12日20時05分，按照「核能管控法」和首相菅直人的指示，日本政府命令將海水注入1號機，盡力冷卻反應爐內可能會熔毀的爐心[35]。在21時正，東電發表，已經在20時20分開始將海水注入於反應爐，準備稍後用硼酸為中子吸收劑注入於反應爐，雖然自動停機時已插入控制棒停止連鎖反應，這裡則可以進一步預防局部「再臨界」的發生[36]。將反應爐的爐心注滿海水大約需5至10小時，之後需要10天時間來完成整個過程[27]。在23時正，東電表示，由於在22時15分又發生地震[37]，暫時停止注入海水，稍後，又恢復注入海水[15]。由於注入海水會使得反應爐管路被海水中的鹽分與雜質汙染，這幾乎是不可逆的，因此注入海水等於是宣告1號機即將遭受除役的命運[38]。
原安院報告，在13日11時55分，開始通過滅火系統的管路將海水注入壓力槽內。在14日1時10分，由於所有儲水池內的海水都已罄盡，只好暫時停止注入海水。同樣地，3號機海水注入工作也暫時停止。在3時20分，又恢復水源供應。在14日5時正核電站附近的輻射劑量率測量大約為0.038微西弗每小時，在15時正，降為0.035微西弗每小時[39]。
原安院表示，到16日早晨為止，由於冷卻水位過低，燃料棒因過熱已經發生破損的比例，推估一號機可能已高達70%而二號機也可能有33%[40][41]。
18日，工作人員正在1號機隔壁的辦公室裝置一個新的配電板，準備從位於2號機的輸電網路變壓器傳輸電力過來。預期在19日，1號機和2號有機會恢復通電[42]。
當地震發生時，2號機正在運轉。如同其它兩個機組，工程師立刻將2號機緊急停機[15]。隨之而來的大海嘯沖進核電廠區。柴油發電機、備用水泵等等，都被大海嘯沖壞。反應爐爐心隔離冷卻系統原本正常地運轉。但到了深夜，反應爐狀態變得撲朔迷離，一些監測儀器仍舊依靠備用電源[43]。冷卻劑液位相當穩定。技工開始做準備，在必要時刻，降低反應爐圍阻體的壓強，政府已被告知這些準備，但東電並沒有在新聞通訊裏提到是哪些動作[44]。根據東電通訊，在3月12日19時正，東電關掉了反應爐爐心隔離冷卻系統，之後又幾次開開關關，在13日9時正，冷卻系統仍舊在運轉 [45]。12日午夜前，圍阻體開始降壓[46]。根據原安院通訊，在14日9時30分，依靠移動式發電機供給的電力，反應爐爐心隔離冷卻系統還在運轉[47]。
東電表示，在3月14日13時25分，2號機的冷卻功能完全停止[48]。稍後，時事通信社報導，冷卻水水位正逐漸降低，2號機的4公尺長燃料棒已經完全暴露約140分鐘之久，很可能會發生爐心熔毀[49][50]。在20時07分，燃料棒仍有3.7公尺暴露在外，不排除爐心熔毀的可能性[51]。
日本新聞網也報道，2號機在14日深夜因為冷卻水蒸發導致4米高的燃料棒完全暴露出水面，雖然核能專家採取了「注入海水」的緊急方案，並使得反應堆內的水位一度上升至3.1米，核燃料棒仍處於無法冷卻的狀態。
共同通訊社報告，工作人員成功地將海水注入反應爐，一度覆蓋了燃料棒下半段。但是，上半段仍暴露在外，技術人員不排除燃料棒已經熔毀的可能。[49][52]。在21時37分，東電表示，在核電廠正門測量到最高輻射劑量率3130微西弗每小時。暴露在該輻射水平下20分鐘等於非核能工作人員「年攝入限度」[49]。在22時35分，輻射劑量率降低至326微西弗每小時[53]。
大約在23時正，水位又急劇下降，整個燃料棒再度出現完全「裸露」的問題。東電承認，2號機反應堆的堆芯因為高溫可能已經熔解[49]。如果燃料棒持續無法冷卻，當溫度達到2000度的話，燃料棒護套就會在高溫中熔解，導致核泄漏，或許將會造成本次大地震最嚴重的次生災害。東電表示，3號機的氫氣爆炸可能引起2號機冷卻系統發生故障，因為用來冷卻2號機的五個水泵之中，在3號機爆炸之後，有四個水泵失去功能，剩下的一個水泵也短暫的停止工作[54]。又由於反應爐內部一個氣流流量計不小心被關掉，造成壓強升高，阻止海水注入，造成燃料棒完全暴露。為了要補充海水實施冷卻，必須先打開一個氣閥，讓蒸汽外泄。降低內部的壓強[49][55]。在15日4時11分，氣閥開啟成功，又可以將海水注入反應爐[56]。
18日，東電指出，核電站在地震後處於停電狀態，備用發電機也因海嘯而出現故障無法使用，1號機到3號機的核反應堆等無法冷卻，如要恢復冷卻功能，必須先與場外電源連結，該公司在17日之前，已鋪設了向2號機輸電用的新的電纜，並在18日進行發電站內部進行接續作業。這項作業首先在設備損壞程度較輕的2號機組進行，並希望18日晚上就能恢復輸電以啟動冷卻裝置[57]。
3月15日6時10分，2號機傳出爆炸聲。這次爆炸可能損壞了圍阻體底部的壓力抑制槽（pressure suppression chamber）。輻射水平（965.5微西弗每小時）已超過法定限度（500微西弗每小時）[58]。核電廠內800名工作人員中，不必要人員都開始撤離[59]，只留下50人員敢死隊，稱為福島50死士（フクシマ50），繼續執行這艱險的冷卻工作[60]。在爆炸之前輻射等效劑量率大約為73微西弗每小時，在爆炸兩個小時之後，等效劑量率很快就升高至8217微西弗每小時[61][62]。爆炸發生3小時之後，繼續提高至11900微西弗每小時。稍加比較，普通人一年吸收的等效劑量只有1000微西弗，所以，在那裏一小時等於普通人12年所吸收的輻射劑量[61]。
稍後，內閣官房長官枝野幸男承認，在圍阻體底部的壓力抑制槽已在爆炸中損壞，造成壓強降低。東京電力公司強調圍阻體並沒有破裂，因為輻射水平並沒有升高[63]。中午10點，確定2號機組出現中子輻射，初步判斷為壓力槽發生破裂，放射性物質出現泄漏。日本首相菅直人發表電視講話，宣稱核電站情況不容樂觀，進一步要求擴大避難區面積。
在15日舉行的一個新聞發表會裏，國際原子能機構的總幹事天野之彌表示，2號機的反應爐爐心可能已遭受損壞。他估計損壞小於5%[64]。16日早晨，原安院報告，大約有33%燃料棒已遭受損壞[40]。
等3號機的噴水冷卻在17日20時9分告一段落後， 工作人員準備加夜班，重新從輸電網路連接電纜至2號機。19日，2號機的變壓器已恢復通電。但是，仍舊需要連接到附近辦公室的一個新的配電板[65]。20日15時46分，2號機正式恢復通電，還有很多設備尚未修理與接電。同日，乏燃料池又注入了大約40公噸海水[66]。
3月27日，2號反應爐的積水中，檢驗出了每毫升29億貝克的放射物質含量，此含量超過一般含量的1000萬倍，同時是1號和3號反應爐冷卻水放射性物質含量的1000倍。該爐積水的水面檢出超過1西弗(1000毫西弗)的輻射劑量，若人直接暴露在此劑量下，會出現明顯噁心的症狀。東電原本打算當天要對2號反應爐進行的冷卻水清理作業也被迫中斷。恢復作業的時候未定。[67][68]翌日凌晨，東京電力又發表更正，表示原測定值有誤，將該積水樣本中主要含有的放射性物質銫-134誤植為半衰期短的碘-134，以致計算錯誤，原本發佈的1000萬倍濃度，實為10萬倍[69]。
27日，國際原子能總署表示，2號機反應爐壓力槽的槽底溫度，昨日從100°C降低到97°C。為了要降低渦輪機房的輻射水平，必需將渦輪機房地下室的汙水抽至冷凝器[70][71]。但是，兩個冷凝器都已盛滿。因此，需要先將冷凝器裏的水轉移至儲存槽。這樣，冷凝器有足夠的容量來盛裝地下室內的汙水。這些水泵每小時可以抽掉10至25公噸的汙水[72]。
28日，日本原子力安全委員會認為，在2號機反應爐爐心，熔毀的燃料棒外釋放射性物質已藉著冷卻水媒介，通過未知路徑，外洩至渦輪機室，造成積水的輻射劑量率飆高[73]。為了減少漏水，東電將灌水率從每小時16公噸降低到每小時7公噸。這可能會促使反應爐溫度升高[73]。
29日，通用電氣公司的沸水反應爐安全研究部門前主管Richard Lahey推測，2號機的爐心熔毀可能已經穿透了壓力槽底端。這喚起了放射性物質嚴重外洩的顧慮[74]。
與其它五個機組不同，3號機使用的燃料是由氧化鈾與氧化鈽混合製成，稱為混合氧化物核燃料。由於鈽元素的放射性半衰期很長久，外釋於環境後會造成致癌效應，所以，3號機比其它機組更具危險性[58]。3號機與4號機的控制中心位於同一個辦公室[75]。
3月13日清早，原安院官員在新聞發佈會裏表示，3號機的緊急冷卻系統已失去功能，資深工程師正在埋頭苦思、腦力激盪，尋找冷卻反應爐的可行之道，防止爐心熔毀[76]。5時38分，由於失去電力，無法將冷卻液注入反應爐。工作人員努力修復電源，降低氣壓[77]。混合氧化燃料棒一度曾經有3公尺暴露在外，沒有被冷卻液遮掩[78]。7時30分，東電開始準備外釋放射性蒸氣，東電認為外釋的輻射劑量相當小，不會影響個人身體健康[79]。7時30分，技工用手工操作，緩緩打開氣閥，降低壓力槽內的壓強。9時20分，順利完成整個程序。9時25分，開始通過消防泵將含有硼酸的水注入壓力槽[80][81]。13時12分，由於水位繼續降低，壓強不斷升高，所以決定改使用海水[77]。15時正，東電表示，雖然注入大量海水，反應爐內的水位並沒有升高，輻射量反而增加[82]。22時正，枝野幸男聲明，水位已稍微升高，但有一隻水位計顯示出水位現在又停頓持平。當晚，23時30分，原安院官員表示，水位計顯示水位升高至距離燃料棒頂端2公尺的位置，這是非常嚴重狀況，很可能燃料棒會遭受損壞。但是由於其它計表的讀數與這數據並不一致，懷疑可能水計表也發生故障了[83]。
14日1時10分，由於儲水池的海水完全罄盡，海水注入作業暫時停止。3時20分，儲水池補足海水後，又繼續海水注入作業[81]。
15日早晨，枝野幸男宣布，根據東電資料來源，在3號機與4號機之間某位置，偵測器測量到等效輻射劑量率400毫西弗每小時[47]。但這可能是4號機爆炸飛落的灰燼所造成的測值，其它位置都尚未測到這麼高的等效輻射劑量率[84]。
3月13日12時33分，日本政府主要發言人枝野幸男表示，如同先前1號機案例，3號機的建築物內部也正在累積氫氣，有可能發生類似的爆炸[85]。14日上午11時01分，3號機也因同樣問題而導致無可避免的氫氣爆炸，造成11人受傷[86][87]，建築物屋頂及外牆的上半部分被炸毀，但內部圍阻體尚未受損。相關單位隨後發出通報，附近方圓20公里內600多位居民全部室內避難。這次爆炸比發生於1號機的爆炸強烈，在40公里以外都能夠感覺得到。11時13分，反應爐內部壓強為380 kPa；11時55分，壓強為360 kPa，與參考壓強400 kPa和1號機的最高壓強相比較，顯得相當平穩。海水注入仍舊持續不斷。在服務廳，輻射劑量率為50微西弗每小時。在核電廠正門，測量值為20微西弗每小時[88]。
3月16日上午，有消息傳出4號機因過熱冒出白煙，白煙很可能是含有輻射的水蒸氣，但其後證實3號機組因「乏燃料池」無法冷卻，水分蒸發成水蒸氣，從而形成了白煙並並發生火警。輻射水平一度急升[89]。因此，10時45分，在3號機與4號機共同的控制室內工作的員工集體撤離。其後輻射水平稍為回落，員工又返回工作崗位。11時30分，繼續海水注入作業[75]。內閣官房長官枝野幸男表示，3號機組的壓力槽可能受損，放射性物質可能隨蒸氣向外擴散，正計劃向核電廠注入硼酸，減低核分裂速度。
同日下午16時12分，日本仙台市內霞目駐地的陸上自衛隊第1直升機團曾嘗試用CH-47直升機吊運大型盛水容器，將海水噴灑在3號機上方以作降溫[90]，但未能成功[91]。工程師認為，位於3號機內部最上層的乏燃料池，由於海水沸騰蒸發，正在冒出濃濃白煙。乏燃料池是用於暫時儲存乏核燃料的地方。乏核燃料會繼續衰變，同時產生衰變熱，假若沒有足夠冷卻液將溫度降低，可能會起火，將放射性物質隨著灰燼到處散播，非常危險。4號機的乏燃料池也嚴重缺水。但是，由於直升機測量到輻射劑量率跳高到50毫西弗，任務被迫取消[92][93]。21時06分，日本政府官員表示，3號機大概還未遭受嚴重損壞，但仍舊是政府最高優先[94]。
17日上午9點48分，9點52分，10點00分，三架航空自衛隊CH-47直升機分別實施了三次人工降水（每架飛機載水7.5噸）[95]。可是成效不彰，根據距離3號機組外約100公尺的儀器顯示，於日本時間17日早上9時40分的輻射劑量率為每小時3782微希弗，而投水後於10時20分則為每小時3752微希弗，顯示輻射劑量率並未出現明顯變化[96]。為此，日本自衛隊擬動用11輛配備超高水壓功能的特殊消防車，從反應堆外部建築30米的噴水地點開始，向200米外的海岸連成一線，用水管連接消防車，並從海里抽取海水冷卻機組，估計每分鐘將可以噴射6噸海水[97]。同時，鎮暴警察使用噴水砲將海水噴向反應爐建築上方。另外，還有30輛「超功能援救車」也參與噴水作業[98]。下午7點，警視廳機動隊11名人員（年紀在25-41歲間）趕來向3號堆放了四噸水但未放准位置。[99] 18日，當局再次向受損的3號機組注水降溫，但防衞省表示，自衞隊直升機不會參與，並無解釋原因。經過陸空兩路的灌水工作，核電廠周圍的輻射水平在當天輕微回落，並在遠處可見水蒸氣從反應堆廠房升起[100]。內閣官房長官枝野幸男在當天上午表示，雖然海水已經被注入到核廢料冷卻池，但難以估計有多少海水成功注入[101]。
21日下午，在3號機建築物東南角出現灰色濃煙。乏燃料池就是坐落於這位置。工作人員立刻撤離現場。但輻射測量並沒有指出輻射水平有任何顯著地的變化。稍後，濃煙自動地消退無蹤[102]。
22日，在連接到新電網電源之後，控制中心大放光明。由於顧慮到乏燃料池可能已遭損壞，到23日為止，噴水作業一直持續不停，並且採取輪班制來降低員工的輻射曝露量。[47]。23日，又從建築物內冒出烏黑濃煙，促使工作人員再度被撤離。東電表示，並沒有發現任何對應的輻射量跳升。原安院官員西山英彥坦言：「我們並不知道烏煙發生的原因。」[103][104]同日，由德國普茨邁斯特機械公司製造的58公尺泵車開始向反應爐建築注入海水。[105]
24日，使用剛剛修復的冷卻系統與水淨化系統，多達35公噸的海水被灌入乏燃料池[106]。25日，西山英彥宣佈，反應爐壓力槽可能已遭破壞，正在外洩放射性物質。汙染積水的高輻射水平嚴重妨礙搶救工作[107]
在3月15日上午4號核能機組著火，著火原因待查規估與1、3號機相同狀況氫氣爆炸。深夜23時，東電記者會承認，火災導致外層建物崩落。而圍阻體外的存放乏核燃料棒的乏燃料池，因無法向其注水，目前水位不足可能造成燃料棒露出，放射性物質外洩。[108][109]
16日清晨，福島第一核電廠四號機二次起火，外壁兩處破洞，三十分鐘後熄滅，有兩名員工失蹤。[110] 10時左右，第一原發冒出白煙，疑似4號機發出，其後證實3號機過熱冒煙[111]現在日本官方已將電廠人員全部撤出，包括最後的50名工作人員，日準備將向美國軍方尋求直接援助。
17日上午9點54分，一架航空自衛隊CH-47實施了人工降水。稍後，日本原安院發言人提出回應，「我們無法前往現場，所以不能證實4號反應爐的耗乏燃料棒存放池是否還有水」。[112]
美國核子管理委員會（NRC）主席格雷戈里·賈茨科17日表示，「美國官員認為，遭強震重創的日本福島第一核電廠，至少有1具反應爐的受損情況遠比日本政府承認的嚴重」，並說「因此我們認為，（廠內）輻射量極高，可能會影響採取修正措施的能力」。根據據《紐約時報》（New York Times）報導，「賈茨科認為，福島第一核電廠4號反應爐用來存放乏核燃料棒的水池，現在已經沒水或只剩很少的水，導致燃料棒暴露在空氣中，將輻射釋出到大氣層中」。[112]
東電隨即反駁賈茨科的說法，該公司發言人表示：「我們無法入內檢查，但我們一直小心翼翼觀察反應爐建築的週遭地區，並未發現任何特別的問題」。[112]
大地震發生時，4號機正在進行從2010年11月30日開始的定期維修，是處於停機狀態。在2010年12月，所有的燃料棒都被搬運到位於建築物最上層的乏核燃料[113]。在那裏，乏核燃料會被固定於「乏核燃料架」。為了防止發生任何核反應，乏核燃料架內部都含有硼元素[84]。雖然這些剛剛燒過的乏核燃料棒不再能用來發電，它們仍舊會產生很多的衰變熱。與在5號機和6號機的乏燃料棒相比較，4號機的乏核燃料棒需要更多冷卻資源[114]。在2010年11月，福島第一核電站的6個乏燃料池總共儲存了大約3,450個乏核燃料組件[115]。2011年3月14日，乏燃料池的水溫升高到84 °C，這比平常水溫25 °C高出很多[84]。15日19時整，國際原子能總署獲知該事實[47]。
15日6時正，乏燃料池附近發生爆炸，這可能是因為氫氣累積而造成的爆炸，損壞了4號機的屋頂區域與旁邊3號機的一部分建築[116][117]。9時40分，乏燃料池開始燒起熊熊大火，造成放射性汙染，外釋出很多乏核燃料所含有的放射性物質[52][118]。東電表示，在12時正，員工將大火撲滅[119][120]。由於輻射水平高升，很多員工被迫撤離[121]。
15日早晨，枝野幸男宣布，根據東電，在4號機測量得到的輻射劑量率已達100 毫西弗[122][123]。原安院報告，外牆出現兩個長寬各8公尺的方形破洞。17時48分，東電高層職員透露，乏燃料池的水可能正在沸騰[124]。21時13分，4號機內部輻射率太高，員工不能夠長時間待在那裏[125]。22時30分，東電報告，由於輻射率太高，員工無法做將水注入乏燃料池的準備[84]。22時50分，東電開始考慮是否使用直升機噴灑海水於乏燃料池[126][127]。但是顧慮到員工安全與是否能起實際作用，公司選擇延後這動作。公司另外又考慮到是否可以改用高水壓消防水管[128]。
16日5時45分，一位正在運送電池到控制中心室的員工發現，建築物的西北角失火。他立刻將該狀況報告上級，火勢急速被控制。5時45分，火災已被撲滅[129]。11時57分，東電釋出一張4號機相片，相片顯示4號機建築物的大半外牆已倒塌[130]。公司開始慎重考慮使用直升機噴灑硼酸於4號機[131]。
3月16日14時30分，東電宣布，公司相信乏燃料池已開始沸騰，這增加了暴露的乏核燃料棒會達到臨界狀態的可能性[132][133]。臨界狀態並不意味著類似核子彈爆炸一樣的事件，而是持續地外洩放射性物質[132]。20時正，公司準備使用警察水砲噴向4號機灌水[134]
16日，美國核能管理委員會主席格雷戈里·賈茨科在國會聽證會發言，委員會認為乏燃料池內的水已經乾涸[135]。日本核子主管機構與東電對此斷言提出質疑。同一天稍後，賈茨科相信他的發言正確無誤，此消息在日本有可信來源證實[136]。13時正，東電表示，從直升機可以觀察到乏燃料池仍舊有很多水[137]。法國的「輻射防護與核子安全研究院」對於這觀察表示贊同，直升機的飛行員觀察到4號機的乏燃料池仍舊有很多水，所以改變計畫，換為向3號機噴灑海水[138]。
20日8時20分，自衛隊噴水車開始將水噴入4號機的乏燃料池[139]。
22日，澳大利亞軍方空運了一些貝克特公司（Bechtel Corp.）的機器人，能夠執行遠程噴水與遠程監測等等功能。澳洲人報報導，這會給出清楚的乏燃料池畫面；之前，並沒有辦法觀看反應爐裡最危險地方──乏燃料池[140]。
當大地震來襲時，5號機及6號機都處於停機狀態。5號機與6號機分別在2011年1月3日和2010年8月14日開始停機。但是，它們內部仍舊有可供反應的核燃料。這與4號機的狀態大不相同，4號機反應爐內部的燃料棒已在大地震前移除[141]。
3月15日政府發言人枝野幸男表示，由於冷卻問題，工作人員正在密切監視5號機與6號機[142][143]。9時16分，為了避免氫氣累積，工作人員考慮除去這兩機組建築物的屋頂[47]。21時正，5號機的水位高出燃料棒2公尺，但是正以每小時8公分速率降低[47]。3月16日，東電表示，5號及6號反應爐15日出現溫度微升，目前正灌水進入這2座反應爐中，以冷卻降溫[144]。
17日，6號機的緊急柴油發電機成功啟動，可以用來提供電力給冷卻系統與淡水補給系統[47]。工作人員開始做準備，等待主電源接妥，就可用水泵將水注入反應爐壓力槽。反應爐的水位仍舊緩慢降低[47]。工作人員正在從1號機及2號機的暫時電源連接電纜過來，估計3月20日輸電線網會開始供電[145]。3月18日，原安院指出，反應爐的水位高出燃料棒2公尺[145][146]，5號機與6號機的屋頂鐵皮板已被除去，這樣氫氣可以快速散發[47]。
19日，原安院指出，在4時22分，6號機的兩台緊急柴油發電機啟動，並提供電力給5號機的乏燃料冷卻系統，冷卻正在進行中[147]。稍後，更多緊急柴油發電機啟動，開始供電給6號機的乏燃料冷卻系統[47][148]。18時整，5號機乏燃料池的溫度降低至48 °C[149]。20日 ，5號機乏燃料池的溫度降低至37 °C，6號機乏燃料池的溫度也降低至41 °C[139]。原安院宣佈，這兩個反應爐都已回復到「冷停機」狀態[150]。
2013年9月19日，日本首相安倍晉三親自視察福島第一核電站並且做出指示，除了先前除役的四個反應爐以外，完好但停機的第五、六號反應爐也應報廢，專心處理汙水問題。安倍說：「此行目的正是要親自見證。」[151]
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如右圖所示，福島核電廠有很多坑道和隧道，從每一個機組的反應爐建築先連接到渦輪機建築，再連接到大海[152]。在某些位置，這些連接通道是露天坑道，在其它位置，是地下隧道[152]。在坑道和隧道內部，鋪設有電纜與輸送管。
3月27 日，東電報告，在搶修2號機的電力系統時，發現渦輪機房地下室淹入大量非常高輻射汙水。雖然最初檢測到輻射水平為正常值一千萬倍的結果，後來證實為不正確，但是仍舊比正常值高出十萬倍[153]。28日，日本原子力安全委員會宣佈，強烈地懷疑，在2號機反應爐爐心，熔毀的燃料棒所外釋的放射性物質已藉著圍阻體內的水媒介，通過未知路徑，外洩至渦輪機室，造成汙水的輻射水平飆高[73]。1號機和3號機的渦輪機房地下室都淹進高輻射汙水[73]。1號機、2號機和3號機的渦輪機房下面的坑道也都浸滿了汙水[154]。這些坑道離大海很近，但並沒有直接通到大海。30 日，2號機和3號機坑道汙水再漲高1公尺，就會溢流至大海。更驚險地是，1號機坑道的汙水離溢流水位只差10公分[155]。
坑道裏過高的汙水水位，加上有可能汙水會溢流至大海，使得冷卻作業更為困難。反應爐需要澆水冷卻，但這造成坑道淹滿了汙水的副作用[156]，從而導致溢流至大海，使得輻射外釋更加惡劣[156]。因此，東電將注入2號機的冷卻水的泵水率大幅降低，從16公噸降到7公噸每小時[73]。
東電又採取兩種方法來防止高輻射汙水洩漏至大海。從27日開始，東電將渦輪機房地下室的汙水抽至冷凝器。冷凝器很快就被盛滿[72]。需要用水泵將冷凝器內部的水轉移至建築物外面的儲存槽。這樣，冷凝器可以容納地下室的汙水[72][157]。假若儲存槽和冷凝器都盛滿的話，東電考慮用油輪或超大浮動油桶來暫時儲存輻射汙水[158]。
第二種阻止溢流的方法是，堵住從2號機外一個豎井內的裂縫洩漏至大海的輻射汙水。東電認為，這20公分長裂縫是造成洩漏的主要因素，早在3月11日9.0級大地震之後，從損壞的水管，輻射汙水持續不斷地洩漏到水管下方的礫石，然後流到豎井，再通過裂縫，最後洩漏至大海。[159]。東電嘗試用將沙袋與混凝土投灌入豎井內堵漏。4月2日，該堵法遭遇失敗，混凝土無法按照正常方式凝固。3日，東電又試驗注入高分子聚合物、木屑、報紙等等吸水後會膨脹的物質，但是仍舊無法堵漏[160]。4日早晨，員工在豎井附近注入顯跡素，觀察汙水的流動路線。5日，員工在豎井附近鑽孔，注入顯跡素。經過一番努力，終於在下午，觀察到含有顯跡素的汙水從豎井內的裂縫流出。一小時後，員工將凝聚劑注入孔內[161]。員工又鑽孔至豎井下方的礫石，然後注入1500公升的水玻璃（矽酸鈉）。6日，東電宣佈，堵漏成功，輻射汙水已停止從豎井洩漏至大海[162]。
從反應爐移除的乏燃料組件會先儲存在乏燃料池18個月。然後，再運送至「乏燃料共同儲存池」[47]。現在總共儲存了6375件乏燃料組件在共同儲存池裏。3月18日，東電表示，共同儲存池水位穩定，溫度為55 °C。儲存更久的乏燃料會被送到「乾燥乏燃料護箱儲存地區」。在那裏，東電尚未發現任何不規則徵兆[163]。21日，共同儲存池的水溫微升至61 °C，工作人員立刻噴水約5小時至儲存池裏[47]。
由日本原子力產業協會（Japan Atomic Industrial Forum）提供數據。
| 反應堆狀況（5月18日12:00）[164] | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸出功率 (兆瓦) | 460 | 784 | 784 | 784 | 784 | 1100 |
| 反應堆類型 | BWR-3 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-5 |
| 地震時狀態 | 工作中⇒自動停機 | 工作中⇒自動停機 | 工作中⇒自動停機 | 定期檢修中 | 定期檢修中 | 定期檢修中 |
| 爐心燃料完整性（裝填燃料數） | 大部分受損註4（400件） | 受損35%註1（548件） | 受損30%註1（548件） | 無燃料（已轉送乏燃料池） | 正常（548件） | 正常（764件） |
| 反應堆壓力容器完整性 | 應該受損 | 未知 | 未知 | 安全 | 安全 | 安全 |
| 容器完整性 | 應該受損 | 應該受損 | 安全（推測） | 安全 | 安全 | 安全 |
| 核心冷卻系統 1 (/RHR) 需接入交流電源的冷卻系統（以注入大量淡水冷卻） |
無法工作 | 無法工作 | 無法工作 | 不需要 | 能夠工作 | 能夠工作 |
| 核心冷卻系統 2 (/MUWC) 無需交流電源的冷卻系統（基於熱交換的冷卻） |
無法工作 | 無法工作 | 無法工作 | 不需要 | 運行中(冷關機) | 運行中(冷關機) |
| 反應堆廠房 | 嚴重受損（氫氣爆炸） | 部分敞開 | 嚴重受損（氫氣爆炸） | 嚴重受損（氫氣爆炸） | 開洞預防氫氣累積 | 開洞預防氫氣累積 |
| 壓力容器水位 | 低於燃料棒底端 | 燃料棒露出（部分乃至全部） | 燃料棒露出（部分乃至全部） | 安全 | 安全 | 安全 |
| 壓力容器的壓力/溫度 | 壓力：逐步增加中；溫度：增加後略為降低 | 未知/穩定 | 未知/增加中 | 安全 | 安全 | 安全 |
| 圍阻體壓力 | 增加後略有下降 | 穩定 | 穩定 | 安全 | 安全 | 安全 |
| 向燃料棒注水 | 進行中（改用純水） | 進行中（改用純水） | 進行中（改用純水） | 不需要 | 不需要 | 不需要 |
| 向圍阻體注水 | 注水直到填滿圍阻體（4/27開始） | 注水直到填滿圍阻體（預定） | 注水直到填滿圍阻體（預定） | 不需要 | 不需要 | 不需要 |
| 釋放壓力 | 暫時停止 | 暫時停止 | 暫時停止 | 不需要 | 不需要 | 不需要 |
| 乏燃料儲存池（儲存數） | 不明（292件） | 不明（587件） | 可能受損（514件） | 應該受損註3（1331件） | 正常（946件） | 正常（876件） |
| 乏燃料儲存池冷卻系統 | 注水中（純水） | 注水中（改用純水） | 注水中（改用純水） | 注水中（改用純水），3/15發生氫氣爆炸 | 機能已回復 | 機能已回復 |
| 中央控制室居留、操作性 | 喪失交流電源，惡化（中央控制室照明及監控已恢復） | 喪失交流電源，惡化（中央控制室照明及監控已恢復） | 完好 | |||
| 環境汙染：核電廠狀態 | 福島第一核電廠正門43微西弗/小時（5月12日11時30分） 事務本館南邊396微西弗/小時，西門15微西弗/小時（5月16日00時00分） | |||||
| 環境汙染：對人類的影響 | 福島產牛奶，茨城、福島、栃木、群馬產菠菜等中檢測出超過食品衛生法暫時規定的放射能（3月22日） 福島縣周圍生產的牛奶和其他農產品中測出超標的碘，因此日本政府發出命令，限制部分地區部分產品的輸出（3月21日）及輸入（3月23日） | |||||
| 緊急撤離命令 | 3月11日21時23分：半徑3公里內居民應撤離，半徑10公里內居民應待於屋中 3月12日05時44分：半徑10公里內居民應撤離 | |||||
| 國際核事件分級 | 日本核工業安全局評估福島第一核電站的第一至三機組為等級7 註2
從福島第一核電站放出的放射性汙染已達到被列為7級的水平。釋放到環境中總汙染量已經是車諾比核事故的十分之一。 |
日本核工業安全局評估福島第一核電站的第一至三機組為等級3 註2 | （無） | |||
| 註解 | 註1東京電力公司於4月27日修正的估計值 註2更正：應只有一至三號機組的核事件分級由原來的5級調為7級 | |||||
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