炉心溶融
民間原子力施設で起きた炉心溶融事故には以下のものがある。
1966年 フェルミ1号炉事故(アメリカ合衆国)
1969年 リュサン原子力発電所事故(スイス)
1979年 スリーマイル島原子力発電所事故(アメリカ合衆国)
1986年 チェルノブイリ原子力発電所事故(ソビエト連邦、現・ウクライナ)
2011年 福島第一原子力発電所事故(日本)
これは1960年代に米原子力委員会の委託を受けメルトスルーにより想定される事態を検証した研究者・技術者らが、溶融燃料が基部のコンクリートを貫き地中へと落下を続ける事態を表すために用い始めた言葉で、1979年にアメリカ合衆国で公開された同名の映画によって広く知られるところとなった。アメリカ合衆国で融け落ちた燃料が、溶融を止める手立てのないまま地面を溶かしながら沈んでゆき、そのまま地球の中心を通り越して反対側の中国まで突き抜けてしまうという意味のブラックジョークであるが、地理上はアメリカ合衆国の対蹠地は中国ではなく(インド洋南部(本土)、アフリカ南部(ハワイ州)、南極大陸の一部・インド洋・大西洋南部(アラスカ州)が本当の対蹠地)、また現実には溶けた核燃料が地球を貫通するようなことは起こり得ない。あくまで炉心溶融による被害の深刻さを大げさに誇張した表現である。
福島第一原子力発電所事故によりスクラム直後の崩壊熱が大きく、臨界を止めても溶融を起こし得ることが注目されたが、同事故の前よりこうしたケースを含めて、メルトダウンと定義している例はある。
燃料被覆管にはもっぱらジルコニウムの合金「ジルカロイ」が使用される。ジルコニウムは熱中性子の吸収断面積が全金属中で最小のため被覆管に向いているが、高温の状態では高い還元性を示すようになる。この性質は冷却に水を用いる原子炉において冷却水喪失などで被覆管が高温になった際に問題となり、冷却水や水蒸気が高温(摂氏700度以上)のジルカロイに接触すると、酸化還元反応でジルコニウムが酸素を奪って気体の水素が発生する。
Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2
これは高温になるにつれ発生速度が上がる。
発生した水素は、外部から冷却のために注入された水から発生した酸素、あるいは原子炉内圧力が下がったとき亀裂などから流入した酸素などと混合したとき、あるいは原子炉格納容器内の蒸気圧が高くなり密閉材の耐圧限界を超えて格納容器から水蒸気などとともに建屋に漏れ出るなどすると空気と混ざって爆発を起こす恐れがある。原子炉内部で水素爆発が発生すると容器や建屋を大きく破壊し、事態をより悪化させる恐れがある。これを防ぐために、「ベント」(排気; ベンチレーション。原子炉格納容器の圧力抑制室または原子炉格納容器そのものに通じる弁を大気に開放し内圧を下げること)のほか静的触媒式水素再結合装置によって水素を酸素と結合させて水蒸気として取り除いたり、水素燃焼装置(イグナイタ)により炉心損傷時に短時間に発生する多量の水素を計画的に燃焼させるなどといった対策が行われる。
なおジルコニウムとの反応以外でも、軽水炉では核分裂反応や核生成物質によって生じる放射線によって、減速材や冷却水が放射線分解され水素と酸素が発生する。通常運転時は設置されている排ガス再結合器によって水へ戻される。