Sydämen sulamisonnettomuus
Onnettomuuden eteneminen

Jos reaktorin jäähdytys ei onnistu, niin polttoaine kuumenee jälkilämmön takia. Yli 1000 °C:een lämpötiloissa zirkoniumista tehdyt polttoainesauvojen suojakuoret alkavat reagoida kemiallisesti vesihöyryn kanssa. Reaktio tuottaa vetyä ja lämpöä, joka vaikeuttaa entisestään polttoaineen jäähdyttämistä. Mikäli polttoaineen lämpötila ylittää 2000 °C, reaktorisydän alkaa sulaa. Reaktorityypistä riippuen tähän kuluu vähintään tunti onnettomuuden alkutapahtumasta, todennäköisesti useita tunteja, jos primääripiirissä ei ole suurta vuotoa. Sulaminen tapahtuu todennäköisesti vaiheittain, koska sydämen alaosa on kylmempi kuin yläosa, joten alaspäin valuva sula materiaali jähmettyy ja sitten sulaa uudelleen jälkilämmön vaikutuksesta.
Vähitellen sydänsula valuu reaktorin paineastian pohjalle, ja se alkaa kuumentaa paineastian pohjaa. Joissain reaktoreissa paineastian pohjan ulkopintaa voidaan jäähdyttää vedellä ja siten estää paineastian sulaminen puhki. Loviisan reaktoreissa ulkopinnan jäähdytys hoituu itsestään vedellä, joka syntyy suojarakennuksen jäälauhduttimien sulamisesta. Jos ulkopuolinen jäähdytys ei onnistu, paineastian pohja sulaa puhki ja sydänsula purkautuu suojarakennukseen.
Sydämen sulamisonnettomuuden hallinnassa tärkein tehtävä on estää suojarakennuksen hajoaminen, koska silloin radioaktiivisia aineita pääsisi vapautumaan ympäristöön. Jos reaktorin paineastia puhkeaa, kun reaktorissa on korkea paine, suojarakennuksen paine voi nousta nopeasti niin suureksi, että suojarakennus vaurioituu. Sen takia primääripiirin paineenalennusventtiileistä pyritään tekemään niin luotettavia, että ne saataisiin avattua kaikissa onnettomuustilanteissa.
Mikäli suojarakennuksen lattialla on vettä paineastian puhjetessa, sydänsula valuu vesialtaaseen, jolloin voi syntyä ns. höyryräjähdys. Se tarkoittaa, että kuuma sydänsula pisaroituu, pisaroista siirtyy hyvin nopeasti paljon lämpöä veteen, ja veden kiehuessa syntyy lyhyessä ajassa suuri määrä höyryä. Tämä aiheuttaa muutaman millisekunnin painepiikin, joka voi hajottaa suojarakennuksen. Toisaalta sydänsulan valuminen vesialtaaseen jäähdyttää sydänsulaa tehokkaasti. Jos taas suojarakennuksessa ei ole jäähdytysvettä, niin kuuma sydänsula voi päästä kosketuksiin betonilattian ja -seinien kanssa. Tällöin betoni alkaa sulaa, ja sydänsula tunkeutuu betoniin ja saattaa vaarantaa suojarakennuksen eheyden. Tästä käytetään leikkisää nimitystä Kiina-ilmiö. Uusissa reaktoreissa se pyritään estämään sydänsiepparin avulla.
Korkeissa lämpötiloissa zirkoniumista tehdyt polttoainesauvojen suojakuoret reagoivat kemiallisesti vesihöyryn kanssa. Reaktiossa syntyy vetyä, joka vapautuu suojarakennukseen. Jos vety pääsee sekoittumaan ilman kanssa, voi tapahtua vetypalo tai jopa -räjähdys, joka voisi rikkoa suojarakennuksen. Tämä pyritään estämään joko täyttämällä suojarakennus typellä, kuten Olkiluoto 1:llä ja 2:lla, jolloin hapen puuttuminen estää vetypalot, tai poistamalla vetyä rekombinaattoreilla.
Sydämen sulamisonnettomuuden aikana kuuma polttoaine kiehuttaa vettä ensin reaktorissa ja myöhemmin suojarakennuksessa. Syntyvä höyry kasvattaa vähitellen suojarakennuksen painetta. Jos painetta ei saada alennettua, suojarakennus voi lopulta rikkoutua ylipaineen takia, kuten kävi Fukushiman kakkosyksiköllä. Suojarakennuksen painetta pyritään alentamaan ruiskuttamalla sinne kylmää vettä spray-järjestelmällä tai päästämällä höyryä ulos suodattimien läpi.
Ydinpolttoaineen kuumentuessa siitä vapautuu radioaktiivisia fissiotuotteita. Helpoimmin vapautuvia aineita ovat ksenon, jodi ja cesium. Muiden fissiotuotteiden vapautuminen vaatii korkeampia lämpötiloja. Sydämen sulamisonnettomuuden aikana fissiotuotteita pääsee reaktorista suojarakennukseen. Hiukkasmuodossa olevat fissiotuotteet päätyvät vähitellen suojarakennuksen vesialtaisiin tai lattiapinnoille, mutta kaasumaiset fissiotuotteet pysyvät suojarakennuksen ilmatilassa. Jos suojarakennus rikkoutuu tai vuotaa, osa näistä fissiotuotteista voi päästä ympäristöön.