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mini|310px|Satellitenfoto der Reaktorblöcke 1 bis 4 (von rechts nach links) am 16. März 2011 nach Flutwelle, Explosionen und Bränden mini|310px|Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR): Vergleichende Satellitenfotos des Katastrophengebiets vor und nach dem Tsunami infolge des „Tōhoku-Erdbebens“: Ein Küstenausschnitt nahe Iwanuma südlich Sendai in der Präfektur Miyagi (nördlich angrenzend an die Präfektur Fukushima).

Als Nuklearkatastrophe von Fukushima werden eine Reihe zusammenhängender katastrophaler Unfälle und schwerer Störfälle im japanischen Kernkraftwerk Fukushima Daiichi (Fukushima I) und deren Auswirkungen bezeichnet.

Am 11. März 2011 um 14:46 Uhr Ortszeit ereignete sich das Tōhoku-Erdbeben, ein Seebeben, das einen Tsunami auslöste. Die hohen Wellen beschädigten auch das an der Küste errichtete Kernkraftwerk und es entstanden Folgeschäden, die gleichzeitig in vier von sechs Reaktorblöcken abliefen. Dabei kam es in Block 1, 2 und 3 zu Kernschmelzen. In deren Folge wurden große Mengen an radioaktivem Material freigesetzt – sie entsprachen bis zu rund 20 % der radioaktiven Emissionen der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl – und kontaminierten Luft, Böden, Wasser und Nahrungsmittel in der land- und meerseitigen Umgebung. Bis zu 150.000 Einwohner mussten infolgedessen das Gebiet vorübergehend oder dauerhaft verlassen. Durch die Evakuierungsmaßnahmen starben je nach Schätzung zwischen mehreren Hundert und über Tausend Menschen, wobei vor allem ältere Personen betroffen waren.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen zur Untersuchung der Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR) schätzen die gesundheitliche Gefahr infolge von Strahlenbelastung für die Bevölkerung als gering ein. Ein höheres Risiko bestand für Arbeiter, die sich während oder nach dem Unfall auf dem Kraftwerksgelände aufhielten. Der Tod eines Arbeiters im Jahr 2018 durch Lungenkrebs wurde mit seiner Tätigkeit im Kernkraftwerk in Verbindung gebracht. Aufgrund einer Abschätzung der Gesamtradioaktivität der freigesetzten Stoffe ordnete die japanische Atomaufsichtsbehörde die Ereignisse auf der Internationalen Bewertungsskala für nukleare Ereignisse mit der Höchststufe 7 („katastrophaler Unfall“) ein.

Die von der Katastrophe verursachten Kosten betragen laut japanischer Regierung etwa 190 Milliarden US-Dollar, laut dem Japan Center for Economic Research 500 bis 600 Milliarden US-Dollar.

Vier von sechs Reaktorblöcken des Kraftwerks wurden durch die Unfälle zerstört. Die japanische Regierung beschloss im März 2011 die Aufgabe des Kraftwerkes. Der Rückbau und die Entsorgungsarbeiten werden voraussichtlich 30 bis 40 Jahre lang dauern. Die Katastrophe führte in vielen Ländern zu einer größeren Skepsis oder einem Stimmungsumschwung zulasten der zivilen Nutzung der Kernenergie. Mehrere Länder nahmen Anpassungen an ihrer Kernenergiepolitik vor.

Aufbau des Kraftwerks mini|Aufbau eines Reaktorgebäudes mit Mark-I-Sicherheits­behälter

Das Kernkraftwerk Fukushima I besteht aus sechs Reaktorblöcken mit je einem Siedewasserreaktor. In jedem Reaktorgebäude befindet sich neben dem Kernreaktor unter anderem ein Abklingbecken zur Zwischenlagerung verbrauchter Brennelemente. Außerdem gibt es auf dem Kraftwerksgelände ein größeres, zentrales Abklingbecken und ein Brennelement-Trockenlager mit Spezialbehältern. An jedes Reaktorgebäude schließt sich ein weiteres Gebäude an, in dem sich die Turbinen und Generatoren zur Stromerzeugung sowie die Zu- und Abläufe für Kühlwasser aus dem Meer befinden.

Reaktoren und Abklingbecken müssen laufend gekühlt werden, auch in abgeschaltetem Zustand. In gebrauchten oder „abgebrannten“ Elementen zerfallen weiterhin Atome mit kurzer Halbwertszeit, die bei der Kernspaltung entstanden sind (Spaltprodukte). Dabei wird Wärme freigesetzt (Nachzerfallswärme), die die Brennelemente ohne ausreichende Kühlung zerstören würde. In jedem Reaktorblock gibt es daher mehrere Kühlkreisläufe, die zusätzlich redundant ausgelegt sind.

Ablauf der Unfallserie im Kraftwerk Ausgangslage Vor den Unfällen gab es Hinweise auf Risiken der verwendeten Reaktortypen und Konstruktionsmängel der Anlage in Fukushima Daiichi, mangelnden Schutz vor Erdbeben und Tsunamis sowie unzureichende Kontrolle und Wartung. Tepco und die japanischen Atomaufsichtsbehörden ignorierten die meisten dieser Hinweise.

Zum Zeitpunkt des Bebens waren die Reaktorblöcke 1, 2 und 3 in Betrieb. (englisch). Tepco, 12. März 2011. Reaktorblock 4 war seit dem 30. November 2010 wegen einer großen Revision außer Betrieb; die Brennelemente dieses Blocks lagerten daher zum Unfallzeitpunkt vollständig im zugehörigen Abklingbecken. Die Blöcke 5 und 6 waren am 3. Januar 2011 bzw. am 14. August 2010 heruntergefahren und im Rahmen der Wartung schon wieder mit Brennelementen bestückt worden. (englisch). IAEO, 15. März 2011. Im Gegensatz zu Block 1 und 2 befanden sich in Reaktor 3 seit August 2010 auch Mischoxid-Brennelemente, die eine Mischung aus Urandioxid und Plutoniumdioxid enthalten.https://www.webcitation.org/1300299892003540 Jedes der Brennelemente bestand aus 72 (Reaktor 3 abweichend 74) Brennstäben und enthielt 170 bis 173 Kilogramm Kernbrennstoff. (pdf). IAEO, abgerufen am 22. September 2011.

In den Reaktorkernen, Abklingbecken und Lagerbecken befand sich folgende Anzahl an Brennelementen und Masse an Kernbrennstoff:

Lagerort Brennelemente Abklingbecken im Reaktorkern (pdf). GRS (PDF; 50 kB). im Abklingbecken davon unbenutzt GeschätzteWärmeleistung(kW)東京電力福島第一原発、電源引き込み工事始まる (japanisch). In: asahi.com. Asahi Shimbun, 19. März 2011, abgerufen am 23. Mai 2011.Die Tabelle gibt Schätzungen zum 9. November 2012 aus einem Bericht der japanischen Behörden an die IAEO wieder. Es gibt verschiedene abweichende, teils niedrigere und teils höhere Schätzungen. Die Wärmeleistung in den Abklingbecken von Block 1 bis 6 reduzierte sich innerhalb von drei Monaten um 10–30 Prozent. Volumen(m³) (pdf). Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit, 19. März 2011 (PDF; 24 kB). Anzahl Masse(t) Anzahl Masse(t) Anzahl Masse(t) Block 1 400 68 392 67 100 17 180 1.020 Block 2 548 94 615 105 28 5 620 1.425 Block 3 davon 32 Mischoxid-Brennelemente GRS. 548 94 566 97 52 9 540 1.425 Block 4 0 0 1.535 263 204 35 2.260 1.425 Block 5 548 94 994 171 48 8 1.000 1.425 Block 6 764 132 940 162 64 11 870 1.497 Zentrales Abklingbecken 6.375 geschätzt auf Grundlage einer durchschnittlichen Brennstoffmasse von 0,1715 t je Brennelement 1.093 1.130 (englisch). World Nuclear Association, 2. April 2011. 3.828Summe 2.808 480 11.417 1.958 496 85 6.600 12.045

Die Gesamtmenge des in den Brennstäben enthaltenen radioaktiven Isotops 131I schätzte Tepco auf 81 · 1018 Becquerel bzw. 81 Millionen Terabecquerel. JAIF / NHK, 13. April 2011 (PDF; 124 kB)

Außerdem befanden sich im Abfalllager des Kraftwerks mindestens 10.000 Tonnen kontaminiertes Wasser.

Unfallserie vom 11. bis zum 16. März 2011 mini|Luftbild des Kraftwerks von 1975; Reaktorblock 6 noch im Bau; basierend auf National Land Image Information (Color Aerial Photographs), MLIT

Am 11. März 2011 um 14:46:23 Uhr (Ortszeit) begann unter dem Meeresboden vor der Ostküste der japanischen Hauptinsel Honshū das Tōhoku-Erdbeben. (englisch). Japan Meteorological Agency, 13. März 2011. Sein Epizentrum lag 163 Kilometer nordöstlich des Kraftwerks Fukushima I, (englisch). United States Geological Survey, 14. März 2011. sodass die Primärwellen (P-Wellen) des Bebens das Kraftwerksgelände nach 23 Sekunden erreicht hatten. Sie regten dort Seismometer an, die eine Schnellabschaltung der Reaktoren 1 bis 3 auslösten.Dave Lochbaum: (englisch). Union of Concerned Scientists, 25. Mai 2011 (PDF; 1,4 MB), abgerufen am 27. Mai 2011. (japanisch). Tepco, 16. Mai 2011, (PDF; 6,2 MB), abgerufen am 19. Mai 2011. Gleichzeitig fiel die externe Stromversorgung des Kraftwerks durch Erdbebenschäden an dessen Schaltanlagen aus, und zwölf von dreizehn Notstromdieselgeneratoren starteten (einer an Block 4 war gerade in Wartung).

Das Beben dauerte ungefähr zwei Minuten und erreichte eine Stärke von 9,1 Mw. Es erschütterte die Reaktorblöcke 2, 3 und 5 mit Horizontalbeschleunigungen von 0,52 bis 0,56 g, 15 bis 26 Prozent mehr als bei der Auslegung der Blöcke angenommen. Die vorgesehenen Belastungsgrenzen der übrigen Reaktoren wurden nicht erreicht; trotzdem gibt es Hinweise auf Erdbebenschäden in Block 1. In Block 3 wurde vermutlich ein Reserve-Notkühlsystem beschädigt.

Alle sechs Blöcke schalteten auf Notkühlung um.

Ab 15:35 Uhr (englisch, pdf, 31 MB). Kantei, 15. September 2011. trafen am Kraftwerk Tsunamiwellen mit einer Höhe von ungefähr 13 bis 15 Metern ein. Laut IAEO war Fukushima I nicht an das vorhandene Tsunami-Warnsystem angeschlossen, sodass das Bedienpersonal keine frühzeitige Warnung erhielt, während die NISA (Nuclear and Industrial Safety Agency) von einer Alarmierung unmittelbar nach dem Erdbeben spricht. Für den meerseitigen Teil des Geländes existierte nur eine 5,70 Meter hohe Schutzmauer; vorgeschrieben waren lediglich 3,12 Meter. Die 10 Meter über dem Meeresspiegel gelegenen Reaktorblöcke 1 bis 4 wurden bis zu 5 Meter tief überschwemmt; die drei Meter höher erbauten Blöcke 5 und 6 bis zu einem Meter. Die an der Küste positionierten Meerwasserpumpen wurden zerstört; Abwärme konnte nicht mehr an das Meerwasser abgegeben werden, das zudem in verschiedene Gebäude lief und dort fünf der zwölf laufenden Notstromaggregate und die meisten Stromverteilerschränke überschwemmte. (englisch). Tepco, 16. Mai 2011 (PDF; 47 kB). Der Kraftwerksbetreiber Tepco berichtete, dass die Generatoren um 15:41 Uhr ausfielen. Ein Generator in Block 6 überstand den Tsunami, weil er in einem eigenen, höher gelegenen Gebäude untergebracht war.

400 Tepco-Mitarbeiter wurden für den Notfalleinsatz mobilisiert – laut IAEO viel zu wenige für eine Katastrophe dieses Ausmaßes. Fremdfirmen wie die Kraftwerkshersteller Toshiba und Hitachi zogen ihre Mitarbeiter ab. Gleichzeitige Unfälle in mehreren Blöcken waren im Notfallplan nicht vorgesehen. Angeschwemmte Trümmer, Wasserlachen, Straßenschäden und funktionsunfähige Tür- und Toröffner behinderten die weiteren Arbeiten. Die meisten Kommunikationseinrichtungen waren ausgefallen. Es gab nicht genug Dieselvorräte und die nahe gelegene, am Meer entlang laufende Straße war unterbrochen. Es bestand die ständige Gefahr von Nachbeben und weiteren Tsunamis.

Durch den Ausfall der Stromversorgung (Schwarzfall oder station blackout) war keine ausreichende Kühlung mehr gewährleistet, die Nachzerfallswärme aus den Reaktorkernen und Abklingbecken abzuführen. Mit den vorhandenen Notstrombatterien war nur ein kurzzeitiger Betrieb der Notkühlsysteme möglich. Zusätzlich herangeschaffte Generatorfahrzeuge wurden wegen Verkehrsstaus, versperrter Zufahrtswege, überschwemmter Anschlusspunkte und zu kurzer Kabel zu spät aktiv, um die Unfallserie zu stoppen. Nur in den Blöcken 5 und 6 konnte die Stromversorgung durch den noch funktionsfähigen Generator rechtzeitig wiederhergestellt werden. In den Blöcken 1 bis 3 versuchten die Arbeiter mit wechselndem Erfolg, Autobatterien und tragbare Stromgeneratoren an einzelne Systeme anzuschließen.

Mangels Kühlung, teils bedingt durch weitere technische und organisatorische Probleme, kam es zur Überhitzung von Reaktoren und Abklingbecken, zur Freisetzung von Wasserstoff in die Reaktorgebäude und zu Kernschmelzen in den Reaktoren 1 bis 3 (siehe Abschnitt Kühlung der Abklingbecken). Durch gezielte Druckentlastungen der Reaktoren gelangten radioaktive Stoffe in die Umwelt und wurden von wechselnden Winden in verschiedene Himmelsrichtungen weiter verteilt.