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福岛第一核电站外测到两种放射性同位素，可能意味着两个或以上核反应堆核心严重损毁，受影响的核反应堆核心至少发生了“局部熔化”事故。事故造成“最好”的可能情况是，核电站作业人员将会把足够的海水和冷却剂泵入受损反应堆核心，以防持续过热;如果成功便能阻止更多辐射从发生爆炸的核反应堆向外释出。
死伤方面，预料可能只有核电站当值工作人员会在事故中伤亡，那些工作人员曾称出现急性辐射症病症。至于“最差”的可能情况则难以作出准确推测，但包括事故核电站周围广泛地区在未来数十年内不适宜人类居住。
但更差的情况也可能发生。如果为核反应堆降温的努力徒劳无功，每条容纳数以吨计放射性燃料的圆柱形核心可能会燃烧，释出超过四千摄氏度的高温，足以熔掉以多层坚钢和水泥打造成的围阻舱壁。
如果核反应堆核心“完全熔化”，大量放射性物料将会烧毁所有围阻物和整座核电站，再向外溢出，慢燃中的有毒放射性粒子随之而散播在风雨中。
主要有两个因素决定核灾难的严重程度──天气和放射性物质的泄漏总量。国际原子能机构表示，现时在福岛第一核电站上方的盛行风吹向东北面，朝海的方向吹去，预计风向在未来三天维持不变。这风向或可有效减低对人和环境的影响，但若然风改为吹向南面，放射性粒子则会扩散至整个本州岛。
反核组织美国忧思科学家联盟的高级科学家莱曼曾模拟美国爆发核灾难的情况，指出反应堆核心熔化估计会导致“数万人因患癌症而死”。
故障核电站现状
大地震前,日本全国共有18个核电站,55个反应堆,承担全国30%左右的电力供应。大地震后,日本受影响的核电站备受关注:
福岛第一核电站：6个机组4个受影响
1号机组:12日,确认反应堆堆芯燃料开始熔化,当日下午发生氢气爆炸,但安置反应堆的容器本身并未在爆炸中损坏,当晚,燃料棒熔毁初步得到遏制。
2号机组:14日,反应堆失去冷却能力,工作人员开始向堆内灌入海水降温,但燃料棒仍在一段时间内完全露出水面,堆芯可能已经出现部分熔毁;15日上午传出爆炸声。
3号机组:14日发生与1号机组情况类似的氢气爆炸,反应堆所在建筑遭到损坏,反应堆堆芯燃料部分熔毁,但放置反应堆的容器损坏的可
