津波による浸水のため非常用電源を失い冷却用機器が運転不能となったことで、1~3号機は圧力容器内の水が蒸発し、水位が低下しました。
水位低下に伴い、水面から露出した燃料棒(ウランなどの核燃料を詰めたもの)と水蒸気の化学反応により発生した水素が原子炉建屋内に溜まり、1号機と3号機の原子炉建屋の天井や壁が吹き飛ぶ水素爆発が起きました。
4号機は3号機格納容器内の空気を外部に排出した際に排気筒合流部から4号機に流入した水素が原子炉建屋内に溜まり、爆発に至ったものと推定しています。
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