本文為綜合各方消息以及現有已經發表的一些分析文章后重新整理并補充形成，本文最后可以看到相關的一部分參考文章。我的專業是粒子物理與原子核物理，但主要所學為原子核理論，對于核反應堆工程的知識學習較少，本文只是個人從物理基本知識方面綜合整理所得，文中有一些學術性錯誤在所難免，請各位讀者遇到問題及時批評指正。鑒于瀏覽量可能短時期較大，歡迎大家轉載，有條件的請注明出處即可:-)
福島核電站結構
福島核電站屬于沸水反應堆（簡稱BWR，Boiling Water Reactors）。BWR是通過沸水來發電的，用它的蒸汽推動渦輪實現發電。沸水反應堆以輕水（普通水H2O）作為冷卻劑和中子慢化劑。反應堆冷卻系統內壓強保持在70個大氣壓。在這里，來自汽輪機的給水進入壓力容器后，在280℃左右沸騰。汽水混合物經過堆芯上方的汽水分離器和蒸汽干燥器過濾掉液態水后直接送到汽輪機。離開汽輪機的蒸汽經過冷凝器凝結為液態水（給水）后，回流至反應堆，完成一個循環。可參考
此網站。
堆中所用核燃料是鈾的氧化物。其熔點很高，接近2800攝氏度。燃料被制成柱狀（1cm高截面直徑1cm的小圓筒）。這些柱狀物體被放入鋯錫合金（一種鋯合金）制成的長管中，它的熔點在1200攝氏度左右，并且被嚴格密封。這種長管被稱為燃料棒，包裹核燃料的鋯錫合金的這層叫做燃料包殼，包殼將放射燃料跟反應堆其他的組成分隔開。這些燃料棒然后被集裝到一起，這樣的幾百個集裝件共同形成反應堆的內核。內核被放置在一個巨大的壓力容器中。壓力容器由很厚的鋼鐵構成，可以在7MPa的壓力下工作（大概是1000psi），它的設計涵蓋了事故發生時產生高壓的情況。然后壓力容器以及水泵、冷卻劑等一并封裝在更結實的鋼筋混凝土建筑中，這一層叫做安全殼，它高度密封，形成非常厚的屏障。在這個容器建筑的外圍又澆灌了一層很厚的混凝土外殼，作為它的雙重保障。這些都是為了防止核芯放射物質出現高溫熔毀后出現泄漏。切爾諾貝利核電站發生的重大事故是因為沒有這一層安全殼導致的。所有這些，再加上蒸氣發電機等都建在一個更大的發應堆建筑內部，反應堆建筑是整個核能源廠的外殼性建筑，以便保持廠內恒溫，不受外界氣候變化影響。
總結一下，沸水式核電站由內到外的機構：放射性核燃料、鋯合金包殼、鋼鐵壓力容器、鋼筋混凝土安全殼、外層建筑。看幾張沸水反應堆的圖吧
核反應堆工作原理
反應堆中的鈾燃料由中子誘發可以導致核裂變發生，其裂變產物為碘131、銫137等同位素，并放出中子和能量，這些能量會通過與堆內部水的摩擦作用而變成水的內能。這些中子一部分會擊中其他鈾原子核，繼續發生裂變，并產生新的中子，依次類推。這就是核裂變的鏈式反應原理。為了控制鏈式反應速度，反應堆中要用到控制棒。控制棒是由能夠吸收中子的硼元素制成的。在通常狀態下，由控制棒控制，核芯中子的產量是穩定的（保持數量穩定），反應堆處于臨界狀態。當發生事故時，控制棒全部放下，用來關閉反應堆，可以從100%的動力降到7%動力（殘留的延遲的熱量造成）。
所以核電站是利用的可控核反應，而核彈則是利用不可控的核反應。反應堆內的核燃料永遠不會產生原子彈那樣的核爆炸。在切爾諾貝利, 烏克蘭的城市 (1986 年核反應事件的發生地)，爆炸是由于過量的壓力釋放、氫爆炸以及建筑物開裂導致，由于沒有安全殼保護，致使放射性核芯溶解，經爆炸流入外部環境中。所以此次日本的情況要好很多。
在反應堆停止運行后，核芯的熱量釋放并不會馬上停止。在反應堆中，還存在有銫和碘等裂變產物，這些東西也要繼續衰變釋放熱量，變成其他無放射性的同位素，這個過程一般需要幾天的時間。另外鏈式反應產生的中子還會撞擊堆內的一些水分子中的氧原子核，形成氮16等放射性同位素，不過這些東西會在幾秒內衰變，問題不大，另外還有稀有氣體氬等。所以即使停堆，熱量還是會繼續少量產生，這些剩余熱量要在反應堆關閉后的很長時間內才能減少，而且它們需要通過冷卻系統來轉移，以防燃料棒被過度加熱熔化導致泄漏。為反應堆中延遲的熱量提供足夠的冷卻，是目前日本遭到破壞的反應堆最主要的挑戰。
看一下運行發電的示意圖：
福島核電站事故過程分析
這次地震太強了，超出核電站設計抗震極限。地震后反應堆內控制棒插入，自動停堆。停堆后剩余熱量需要繼續轉移釋放，但外部供電電網因地震損毀無法供電，所以應急備用柴油發電機開始工作，湊活能用。但隨之到來的海嘯摧毀了柴油發動機，不得不啟用第二套備用的應急電池動力，繼續泵水冷卻。但電池只能維持八小時，之后就開始慘了。
之后熱量繼續產生，但水泵冷卻能力趕不上了，因此壓力容器內會有大量的水變成水蒸氣的狀態，使一回路內部的壓力增大，超過工作壓力，溫度也不斷升高。此時壓力容器內的溫度是 550 攝氏度。現在首要的是保持內部溫度在1200攝氏度以下，以確保燃料棒的安全，亦即是內部壓力處于可管理的水平，否則燃料棒就會熔化。為了這個目的，水蒸氣（還有其他反應器內的氣體）不得不定期排放。因此，反應器在當初設計的時候，在壓力容器和容器建筑上預留了幾個氣體排放口。為了保證壓力容器和容器建筑的安全，為保住壓力邊界，操作員不得不定時的排放氣體以控制內部壓力。這些排放出的水蒸汽里也含有一些氮16、氬等，但其輻射是可以忽略的，不需要考慮。
接著就更慘了，電力不能穩定供應，水泵不能很好工作，被蒸發并排出的水遠多于注入反應堆內的水，水越來越少，有一部分燃料棒就開始裸露在水位之上了。我們知道金屬泡在水里則溫度可以與水溫一致，一旦離開了水，不斷加熱，溫度就會迅速上升。可以想象一號堆三號堆中都出現了這種情況。溫度超過1200攝氏度，燃料包殼的鋯錫合金有一部分失水熔化了（也可能沒有熔化，但起碼已經達到發應溫度了，但既然監測到了碘和銫外泄，那就是包殼熔化了），這么高溫度下鋯可以與水發生化學反應，產生氧化鋯和氫氣。這些產生的氫氣就在不定期排放氣體的過程中釋放到了安全殼之外，但工作人員很有犧牲精神，沒有直接排放到外層建筑廠房的外邊，原因是減少外泄核輻射。因為此時要么什么都沒發生，要么是包殼鋯錫合金已經熔化了，熔化后里面的銫、碘等就可以溶在水蒸汽里在不定期的排氣時一并釋放出來，所以據報道也就監測到了外邊有碘131和銫137的泄漏了。需要注意的是根據12號一號機組爆炸的報道，沒有中子輻射，那么也就沒有核燃料鈾的泄漏，因為二氧化鈾是不溶于水的物質，所以不會隨水蒸氣排放泄漏。
氫氣積累到一定濃度，與空氣中氧氣反應，因此發生了外層建筑的爆炸，要注意，這個爆炸是外層建筑，安全殼里面應該沒有問題。而安全殼里面的問題是，水還在越來越少，溫度如果繼續升高的話，燃料棒溫度到達3000攝氏度（這個數字有待核實），那么就完蛋了，陶瓷二氧化鈾燃料球芯塊也要熔化了，這叫“核芯熔毀”事故，整個核燃料就變成一堆液體，燒穿鋼鐵壓力容器，也可能破壞安全殼，從而泄漏到外邊嚴重影響大氣。所以工作人員不得不保持水位降溫，純凈水不夠了，實在沒辦法，只能用海水了。海水有一定腐蝕性，同時受到輻射變成活化水有一定的微量輻射，但已經顧不上了，反應堆報廢就報廢吧。海水注入，盡力覆蓋燃料棒，同時注入的還有硼酸，這是用來吸收剩余中子的，也可吸收一部分碘。如果順利的話，那么一直這么操作下去，保持水位，那么反應堆就最終會冷卻下來。
但問題是如果持續的水循環不能保證，那就慘了。這也是今天二號機組的情況。水泵泵不上去水，是有原因的，里面壓力那么高，而且繼續升高，高壓下想注入水談何容易。又出現減壓閥打不開的情況，無法泄氣減壓，禍不單行啊。今早二號機組爆炸，可能是壓力太大后導致破壞外部的水泵、渦輪機 、儲存罐等造成的，壓力容器可能也有破壞，這樣的話放射性的水就會大量流出，造成泄漏。核芯可能也有部分熔毀，危險仍未消除。四號機組和一號三號差不多，都是氫氣爆炸，影響不大，主要問題是它里面存放的核廢料比較多，這樣反而看起來輻射劑量要多一些。所以四號機組還是需要密切關注的，在其外部沒有安全殼的情況下如果發生爆炸燃燒之類的情況，那么輻射量要比其他機組大一點，但也請大家放心，還是對我們大家影響不大，畢竟都已經是用完后剩下的東西了。
現在事故已經很大程度上造成了人們的恐慌，大家謹慎的同時還是要保持冷靜，畢竟媒體報道的東西有的欠妥當不準確，要客觀一點看待影響，雖說東京等地已經測量到核輻射，但要說明的是這個劑量還比不上拍一次X光片，減少出門就行。另外值得注意的是，東京電力過去有很多隱瞞不報和修改數據的不良記錄，而日本政府在這件事情上也一再遲疑，整個事情的解釋需要更透明的報道才行。
另附：我國正在建設的第三代AP1000核電技術就不存在難以散熱問題，因為其采用“非能動”安全系統，就是在反應堆上方頂著多個千噸級水箱，一旦遭遇緊急情況，不需要交流電源和應急發電機，僅利用地球引力、物質重力等自然現象就可驅動核電廠的安全系統，從而冷卻反應堆堆芯，帶走堆芯余熱，并對安全殼外部實施噴淋，進而使核電站恢復到安全狀態。
福島核電站故障風險圖解：
參考資料：
http://article.yeeyan.org/view/203600/179831http://www.v2ex.com/t/9714http://www.world-nuclear-news.org/RS_Battle_to_stabilise_earthquake_reactors_1203111.htmlhttp://www.world-nuclear-news.org/RS_Venting_at_Fukushima_Daiichi_3_1303111.htmlhttp://bravenewclimate.com/2011/03/12/japan-nuclear-earthquake/http://ansnuclearcafe.org/2011/03/11/media-updates-on-nuclear-power-stations-in-japan/http://songshuhui.net/archives/51608http://www.comgeo.net/archives/6724
