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La différence essentielle entre les deux accidents concerne tout d’abord la conception des réacteurs. La conception du réacteur de Tchernobyl présente le risque que dans certaines conditions la réaction de fission en chaîne puisse se développer de manière incontrôlée. C’est exactement ce qui s’est passé le 26 avril 1986 lors d’un essai : en quelques secondes, la puissance du réacteur a atteint cent fois la puissance maximale prévue. L’eau du circuit primaire et d’autres substances ont brutalement été transformés à l’état vapeur, ce qui a entraîné une explosion qui devait détruire le réacteur le bâtiment du réacteur. De plus, ce réacteur contenait de par son type de grandes quantités de graphite qui s’est enflammé. Sur ce type de réacteur le graphite est utilisé comme modérateur neutronique afin de maîtriser la réaction en chaîne. Ce feu de graphite a brûlé pendant plusieurs jours et la chaleur développée a entraîné d’énormes quantités de particules radioactives à très haute altitude, avec pour conséquence une dispersion de substances radioactives sur une zone immense.
Sur le site de Fukushima Daiichi avec ses 6 tranches dites à eau légère, les réacteurs n° 1 à 3 en fonctionnement lors du violent séisme du 11 mars 2011 ont été immédiatement mis à l’arrêt par la descente automatique des barres de commande, avec pour effet l’interruption immédiate de la réaction en chaîne. Mais les cœurs de réacteur chargés avec des assemblages combustibles d’uranium continuent à émettre de la chaleur résiduelle dite de post-désintégration qui diminue certes progressivement, mais qui représente tout de même au début quelques pourcents de la pleine puissance du réacteur. L’alimentation extérieure en énergie électrique avait été détruite par la secousse sismique et les groupes générateurs diesel de secours prévus à cet effet ont fonctionné pratiquement pendant une heure avant d’être mis hors service par le tsunami. Il ne subsistait plus que les systèmes auxiliaires alimentés par batteries mais dont la capacité ne permettait d’assurer leur fonctionnement que pendant quelques heures à une journée au maximum par assurer le refroidissement en mode secouru des réacteurs. Il a été tenté d’injecter de l’eau de l’extérieur dans les réacteurs à l’aide de pompes mobiles, mais la décision a été prise très tard et n’a pas eu au départ les effets escomptés. C’est ainsi que la température régnant dans les cuves de réacteur a augmenté progressivement jusqu’à ce que l’eau présente commence à s’évaporer, ce qui a eu pour effet de mettre à nu la partie supérieure des assemblages combustibles. La poursuite de la montée en température a entraîné des dommages pour le cœur ainsi que vraisemblablement la fusion d’une partie des assemblages combustibles. L’eau vaporisée, mais également l’hydrogène dégagé par les réactions chimiques du cœur surchauffé ont entraîné une forte augmentation de la pression régnant dans la cuve de réacteur. Pour éviter que les cuves de pression et de sécurité n’éclatent, cette pression a dû être réduite par ouverture de vannes de décharge. De ce fait, du gaz chargé d’hydrogène s’est infiltré dans les parties du bâtiment de réacteur hors de l’enceinte de confinement. Les parties supérieures des bâtiments de réacteur des tranches 1 et 3 ont été détruites par des explosions d’hydrogène. De plus, il convient de considérer que l’enceinte de confinement autour de la cuve de réacteur de la tranche 2 et éventuellement de la tranche 3 est endommagée.
Sur ce type de réacteur, les bassins de stockage des assemblages combustibles usés retirés de la cuve sont disposés en partie supérieure des six bâtiments de réacteur. S’ils ne sont pas refroidis en permanence, ces bassins de stockage du combustible usé s’échauffent également rapidement en quelques jours à quelques semaines selon leur taux d’occupation, ce qui entraîne aussi l’évaporation de l’eau et la mise à découvert de la partie supérieure des assemblages combustibles. Avant de pouvoir obtenir un refroidissement suffisant par apport d’eau de l’extérieur au moyen de pompes mobiles, le bassin intégralement occupé mais intact de la tranche 4 a surchauffé et provoqué une explosion d’hydrogène provenant de la tranche 3. Cette explosion a également endommagé la partie supérieure du bâtiment de réacteur.