1. Cấu trúc các nhà máy điện hạt nhân ở Fukushima
Nhà máy Fukushima dùng loại BWR (lò phản ứng đun nóng nước, một loại khác phổ biến là pressurized water reactor, N-Quy). Lò BWR tạo điện năng nhờ đun nóng nước, và sinh hơi nước quay tuabin. Nhiên liệu hạt nhân đun nóng nước, nước sôi và tạo hơi nước, hơi nước làm quay tuabin và tạo điện; hơi nước này sau đó được làm mát và ngưng tụ lại thành nước, nước này lại quay lại và được đun nóng bởi nhiên liệu hạt nhân (vòng kín – close loop, N-Quy). Lò phản ứng vận hành ở khoảng 285 độ C.
 
Nhiên liệu hạt nhân là oxit uran. Oxit uran ở dạng gốm, và có nhiệt độ nóng chảy rất cao, khoảng 2800 độ C. Nhiên liệu được sản xuất dưới dạng viên (dạng hình trụ dài khoảng 1cm với đường kính 1cm). Các viên nhiên liệu này được được cho vào một ống dài làm bằng Zircaloy (một hợp kim của zirconium) với nhiệt độ phá huỷ 1200 độ C (gây ra bởi sự ô xi hoá tự xúc tác của nước – dịch không rõ nghĩa lắm, N-Quy), và được bịt chặt. Ống này được gọi là “thanh nhiên liệu”. Các thanh nhiên liệu này được gắn kết với nhau thành các tổ hợp, hàng trăm tổ hợp như vậy tạo nên lõi của lò phản ứng.
Viên nhiên liệu cứng (ma trận oxit gốm) là hàng rào chắn đầu tiên ngăn nhiều các sản phẩm phân ly phóng xạ tạo bơi quá trình phân ly hạt nhân. Vỏ Zircaloy là lớp chắn thứ hai ngăn cách nhiên liệu phóng xạ với phần còn lại của lò phản ứng.
Lõi lò phản ứng được đặt trong bể áp suất. Bể áp suất là một bình thép vận hành ở khoảng 7Mpa và được thiết kế chống chọi với áp suất cao có thể phát sinh trong sự cố. Bể áp suất là bức tường thứ 3 ngăn chất phóng xạ thoát ra.
 
Toàn bộ vòng sơ cấp của lò phản ứng hạt nhân – Bể áp suất, đường ống và bơm chứa nước làm mát – được bao trong cấu trúc vỏ ngăn kín. Vỏ này là lớp bảo vệ thứ tư ngăn vật liệu phóng xạ. Vỏ ngăn kín này là cấu trúc bê tông và thép rất dày, và được bịt kín mít. Cấu trúc này được thiết kế, xây dựng và thử nghiệm cho một mục đích duy nhất: chứa đựng, không giới hạn, (phát xạ khi) lõi lò bị tan chảy. Hỗ trợ mục đích này, một cấu trúc bê tông dày và lớn được bao quanh vỏ ngăn kín ở trên, và được coi là lớp vỏ bọc thứ hai.
Cả vỏ chính và vỏ phụ được đặt trong toà nhà lò phản ứng. Toà nhà này là lớp vỏ ngoài cùng ngăn nắng mưa và không cho vật gì xâm phạm vào đây là phần đã bị phá huỷ bởi các vụ nổ, sẽ phân tích thêm sau).







2. Nguyên lý cơ bản của phản ứng hạt nhân
 
Nhiên liệu uranium sinh nhiệt nhờ phản ứng phân tách hạt nhân với neutron được kích thích (hơi không xuôi, N-Quy). Nguyên tử uran được tách ra thành các nguyên tử nhẹ hơn (sản phẩm phân tách). Quá trình này sinh nhệt và nhiều nơ tron (một loại hạt tạo thành nguyên tử). Khi một trong những nơ tron này chạm vào các nguyên tử uran khác, nguyên tử uran đó sẽ phân tách tạo ra nhiều nơ tron nữa, và quá trình tiếp diễn vậy. Đó là phản ứng hạt nhân dây chuyền. Trong quá trình vận hành bình thường, lượng nơ tron trong một lõi ổn định (giữ nguyên) và lò phản ứng ở trạng thái tới hạn.
 
Đáng đề cập ở đây là nhiên liệu hạt nhận trong lò phản ứng không bao giờ có thể tạo ra một vụ nổ hạt nhân như bom nguyên tử. Ở Chernobyl, vụ nổ đã xảy ra bởi tích tụ áp suất quá cao, nổ khí hydro và phá huỷ tất cả các cấu trúc, thổi tung các vật liệu lõi đã bị nóng chảy ra ngoài môi trường. Nên nhớ là Chernobyl không có một vỏ bọc ngăn chặn đối với môi trường. Cái gì đã không xảy ra và sẽ không xảy ra ở Nhật sẽ được bàn đến dưới đây.
 
Nhằm điều khiển phản ứng hạt nhân dây chuyền, người vận hành sử dụng các thanh điều khiển. Các thanh điều khiển được làm bằng Boron (nguyên tố Bo), hấp thụ nơ tron. Trong quá trình vận hành bình thường, thanh điều khiển dược dùng để duy trì phản ứng dây chuyền ở trạng thái tới hạn. Thanh điều khiển cũng được dùng để dừng nhà máy từ 100%  năng lượng xuống khoảng 7% (nhiệt dư lại hoặc phân rã).
Nhiệt dư có nguyên nhân từ các phân rã phóng xạ của các sản phẩm phân tách. Phân rã phóng xạ là quá trình các sản phẩm phân tách tự ổn định bằng cách phát ra năng lượng dưới dạng các hạt