תחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה מורכבת משישה כורים גרעינים המפיקים חשמל בעזרת טורבינת קיטור, אשר תוכננו על ידי חברת ג'נרל אלקטריק ותוחזקו על ידי חברת החשמל של טוקיו. בעת רעידת האדמה, כור מספר 4 היה ללא דלק גרעיני, בעוד כורים 5 ו-6 לא פעלו כיוון שהתבצעו בהם עבודות תחזוקה. פעולת הכורים הנותרים הופסקה אוטומטית עם התרחש רעידת האדמה, וגנרטורים לשעת חירום נכנסו לפעולה כדי להפעיל את מערכות הקירור והבקרה. הצונאמי קטע את החיבור שבין הכורים לרשת החשמל והציף את חדרי הגנרטורים לשעת חירום. עם הפסקת פעולת הגנרטורים הופסקה פעולת המשאבות החשמליות המזרימות מי קירור לכור, והכורים החלו להתחמם. נזקי רעידת האדמה וההצפות באזור הכורים, מנעו הגעת צוותי עזרה חיצוניים.
בשעות ובימים שחלפו מעת התאונה, הותכו לחלוטין כורים 1, 2, ו-3 כתוצאה מן החום האדיר שנוצר בהם. בעת שעובדי התחנה ניסו לקרר את הכורים ולהפסיק את פעולתם, אירעו מספר התפוצצויות מימן בתחנה. בהוראת הממשלה נעשה שימוש במי ים כדי לקרר את הכורים, דבר שהביא להריסתם המוחלטת. בעת שירד מפלס המים בבריכה שבה היו מוטות הדלק הגרעיני, החלו המוטות להתחמם. החשש מפני פליטת חומרים רדיואקטיביים לסביבה, הוביל להוראה לפנות את האוכלוסייה מאזור בקוטר 12 ק"מ מאתר התחנה, בעוד שהעובדים בתחנה, אשר נחשפו לקרינה רדיואקטיבית, פונו ממנה מספר פעמים, באופן זמני. זרם החשמל לחלק מן הכורים חובר באופן הדרגתי, דבר שאיפשר את הפעלת משאבות הקירור האוטומטיות.
בתחילה העריכו אנשי ממשל יפנים כי התאונה היא ב בסולם הבינלאומי לאירוע אטומי ורדיולוגי, אף על פי שסוכנויות מקצועיות בינלאומיות שונות טענו כי דרגת האירוע חמורה יותר. בהמשך הועלתה דרגת האירוע בהדרגה עד לדרגה המקסימלית, דרגה 7. ממשלת יפן וחברת החשמל של טוקיו ספגו ביקורת מן העיתונות הבינלאומית על שלא קיימו תקשורת נאותה עם הציבור ועל אלתורים במהלך הניסיונות להכיל את האירוע. ב-20 במרץ 2011 הכריז מזכיר ממשלת יפן, יוקיו אדנו, כי תחנת הכוח תיסגר מיד עם גמר הטיפול במשבר.
על פי הערכות ממשלת יפן, כמות החומר הרדיואקטיבי אשר שוחרר לאטמוספירה במהלך האסון הגרעיני בפוקושימה, היה כעשירית מן הכמות ששוחררה בעת אסון צ'רנוביל. כמויות משמעותיות של חומר רדיואקטיבי מתחנת הכוח אף חדרו לקרקע ולמי האוקיינוס השקט. במדידות שנערכו מטעם ממשלת יפן נמצאו רמות גבוהות ומסוכנות של החומר הרדיואקטיבי צסיום-137 במרחק של 30–50 ק"מ מתחנת הכוח. ממצאים אלה הובילו לאיסור על מכירת מוצרים חקלאיים מאזור זה ואיסור על שימוש במי ברז באזור זה לצורך הכנת מזון תינוקות.
כמה מעובדי תחנת הכוח נהרגו ונפצעו קשה במהלך האירוע. לא נגרמו מקרי מוות מיידי כתוצאה מחשיפה לקרינה רדיואקטיבית, אולם לפחות שישה עובדים נחשפו לקרינה שהיא מעבר לכמות החשיפה המותרת למהלך חיים שלם, ויותר מ-300 עובדים ספגו כמויות קרינה משמעותיות. ב-16 בדצמבר 2011 הכריזו שלטונות יפן כי הכורים בפוקושימה יציבים, אף שפעולת טיהור האזורים המזוהמים סביב הכורים, והפסקה כוללת של פעולתם, תיקח עוד עשרות שנים.
תחנת הכוח הגרעינית פוקושימה 1.
תחנת הכוח הגרעינית פוקושימה 1 מורכבת משישה כורי מים רותחים אשר תוכננו בידי חברת ג'נרל אלקטריק, אשר תפוקתם הכוללת 4.7 ג'יגוואט חשמל, בזכות תפוקה זו דורגה תחנת כוח זו בין 25 תחנות הכוח הגרעיניות הגדולות בעולם. תחנת הכוח בפוקושימה 1 הייתה התחנה הראשונה בתכנון ג'נרל אלקטריק אשר נבנתה ונוהלה באופן מלא על ידי חברת החשמל של טוקיו.
כור מספר 1 בתחנה היה בתפוקה של 439 מגה-ואט ובנייתו החלה ביולי 1967. תפוקת החשמל המסחרית בכור זה החלה ב-26 במרץ 1971. הוא תוכנן לעמוד ברעידות אדמה, על פי הניסיון שנצבר ברעידת האדמה במחוז קרן בקליפורניה (באנגלית: Kern County earthquake) בשנת 1952, אשר הייתה בעוצמה 7.3 בסולם MMS. כורים 2 ו-3 תוכננו לתפוקה של 784 מגה-ואט כל אחד, כור מספר 2 החל בפעולה ביולי 1974, וכור 3 החל בפעולה במרץ 1976. כורים אלה תוכננו לעמוד ברעידות אדמה חזקות יותר. לאחר רעידת האדמה במיאגי, ביפן, בשנת 1978, עברו כל הכורים בדיקת תקינות ולא נמצאו נזקים לחלקים החיוניים של הכורים.
בעת התאונה, הכורים ומתקן האחסון המרכזי הכילו את מוטות הדלק הבאים:
דרישות קירור.
כורי כוח גרעיניים עובדים בדרך של ביקוע אטומים, בדרך כלל של אורניום, בתגובת שרשרת גרעינית. הכור ממשיך לפלוט חום גם לאחר שתגובת השרשרת פסקה כתוצאה מדעיכה רדיואקטיבית של איזוטופים לא יציבים, תוצרי הביקוע אשר נוצרו בתהליך זה. לא ניתן להפסיק דעיכה רדיואקטיביות זו של איזוטופים לא יציבים ואת החום הנפלט ממנה. מיד לאחר הפסקת פעולת כור כוח גרעיני, החום הנוצר מדעיכה רדיואקטיבית שווה לכ-6% מתפוקת החום של הכור הפעיל. החום הנפלט מן הדעיכה הרדיואקטיבית פוחת בהדרגה לאורך מספר ימים, עד שהוא מגיע לרמה של "כור קר". בדרך כלל יש להמשיך ולקרר מוטות דלק גרעיני שעברו תהליך קירור, דבר הנעשה בדרך כלל בבריכה של מוטות דלק משומשים, עד אשר ניתן להעבירם באופן בטוח לאחסון יבש.
מפעילי כור כוח גרעיני חייבים להמשיך ולהזרים מי קירור בבריכת הכור ובבריכת המוטות המשומשים, כדי לפלוט באופן בטיחותי את החום הנוצר בתהליך דעיכה רדיואקטיבית. בליבת הכור הזרמת מי הקירור נעשית בעזרת מערכות לחץ גבוה שבהן מוזרמים מים דרך תא הלחץ של הכור ומשם לממירי חום. במערכות אלה מועבר החום היוצא מן הכור לממירי חום משניים דרך מחזור מים נפרד המוציא את החום הנפלט לים או למגדלי קירור.
כדי להבטיח שמחזור מי הקירור ימשיך לפעול גם לאחר סגירת פעולת הכור, ניתן להפעיל את משאבות המים גם באמצעות יחידות כוח שכנות הנמצאות בתחנה, באמצעות חשמל הנלקח מרשת החשמל, או באמצעות גנרטורים עם מנועי דיזל. בנוסף, בכורי מים רותחים קיימות מערכות קירור ליבת הכור לשעת חירום באמצעות טורבינות קיטור, המופעלות ישירות מן הקיטור הנוצר עדיין אף לאחר סגירת פעולת הכור, ואלה יכולות להחדיר מים ישירות לכור. טורבינות קיטור אלה משחררות את הכור מתלותו במקורות כוח חיצוניים לצורך קירורו, אולם טורבינות הקיטור פועלות אך ורק כל עוד הכור יוצר קיטור. לצורך הכוח הדרוש להפעלת השסתומים ומערכות הבקרה, אף בעת שהגנרטורים לא פועלים, קיימות סוללות חשמליות.
אם המים בבריכת המוטות המשומשים בכור 4 (שבו לא היו מוטות פעילים בליבה) היו מגיעים לטמפרטורת רתיחה, היה די בחום הנפלט בתהליך הדעיכה הרדיואקטיבית בבריכה כדי להרתיח 70 טון מים מדי יום (כ-50 ליטר מים בדקה). נתון זה מסייע להבין את ממדי מערכות הקירור הנדרשות להפעלה בטוחה של הכורים. ב-16 באפריל 2011 הודיעה חברת החשמל של טוקיו כי מערכות הקירור בכורים 1–4 ניזוקו באופן שאינו מאפשר לתקנן, ויש צורך להחליפן.
הסיבה בעטיה קיימת חשיבות עליונה לקירור כור גרעיני היא כי רבים מן החלקים הפנימיים בכור ובציפוי מוטות הדלק עשוי מסגסוגות זירקוניום. בטמפרטורות הפעלה רגילות (שהן כ-300 מעלות צ'לזיוס), סגסוגת הזירקוניום אינה תגובתית. אולם כאשר הסגסוגת מתחממת מעל 500 מעלות, ובנוכחות קיטור, נוצרת בסגסוגת הזירקוניום תגובה אקסותרמית במהלכה הסגסוגת עוברת חימצון ויוצרת מימן.
מערכות הגנרטורים של הכור, מונעים במנועי דיזל ובסוללות, ומהווים מרכיבים חיוניים בהפעלת מערכות הקירור של הכור במקרה של תקלה בזרם החשמל. גנרטורים אלה מוקמו במרתפי בנייני טורבינות הקיטור של הכורים על פי תוכניות הכור שסופקו על ידי חברת ג'נרל אלקטריק. בעת בניית הכורים הביעו מהנדסים בדרגי הביניים דאגה כי מיקום הגנרטורים חושף אותם לסכנת הצפה, אולם חברת החשמל של טוקיו בחרה להיצמד באופן קפדני לתוכניות שסופקו על ידי ג'נרל אלקטריק ומיקומם של הגנרטורים לא שונה.
היסטוריה בטיחותית.
1967: שינוי תוכנית מערכת החירום לקירור, ללא דיווח.
ב-27 בפברואר 2012 ציוותה סוכנות הבטיחות הגרעינית והתעשייתית היפנית על חברת החשמל של טוקיו לדווח עד ל-12 במרץ 2012 על הסיבות לשינוי תוכנית הצנרת של מערכת החירום לקירור של הכורים, בסטייה מן התוכניות שהוגשו בשנת 1966, בטרם החל הכור לפעול.
לאחר שתחנת הכוח הוכתה בגל הצונאמי, מעבה הבידוד היה צריך להיכנס לפעולה במקום משאבות הקירור העיקריות, זאת על ידי עיבוי הקיטור הנפלט ממכל הלחץ והפיכתו למים, בהם ניתן להשתמש לצורך קירור ליבת הכור. אולם המעבה לא עבד כראוי, וחברת החשמל של טוקיו לא הייתה יכולה לאשר האם שסתום מתאים נפתח.
בתוכניות הכור המקוריות, אשר הוגשו לאישור הממשלה ביולי 1966, מערכות צנרת לשתי יחידות במעבה הבידוד היו מופרדות זו מזו. אולם בבקשה להיתר בנייה של הכור, אשר הוגשה באוקטובר 1967, תוכנית הצנרת שונתה על ידי חברת החשמל של טוקיו, ושתי מערכות הצנרת התחברו זו לזו מחוץ לכור. שינוי זה לא דווח, זאת בניגוד לתקנות ממשלתיות.
1976: זיוף נתוני בטיחות.
תחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה הייתה במרכז שערוריית זיוף נתוני בטיחות אשר הובילה לעזיבתם של מספר מנהלים בכירים בחברת החשמל של טוקיו. חשיפת הפרשה הובילה אף לחשיפת בעיות בטיחות מן העבר, אשר לא דווחו, אף שבעדות שנמסרה על ידי מהנדס בכיר בג'נרל אלקטריק, דייב בריידנבו, נטען כי ג'נרל אלקטריק הוזהרה מפני שגיאות תכנוניות רציניות כבר ב-1976, אשר הובילו להתפטרות מספר מתכננים אשר מחו על רשלנותה של ג'נרל אלקטריק.