地震発生時、1号機は直ちに制御棒が挿入され、設計通り自動で原子炉が停止しました。1号機は地震により外部電源を全て失い、復水器などは使用できない状況でしたが、非常用ディーゼル発電機が自動起動し、非常用復水器^※1による炉心の冷却が始まりました。

しかし、地震から約50分後の津波とこれに伴う浸水により、非常用ディーゼル発電機やバッテリー（直流電源）、電源盤^※2等すべての電源を失いました。全ての電源を失ったことにより、非常用復水器が機能を喪失し、高圧注水系も起動できなくなりました。加えて、監視・計測機能も失ったため、原子炉や機器の状態を確認することができなくなりました。この後、圧力容器内の水は蒸発し続け、約4時間後、燃料が水面から露出して、炉心損傷が始まります。

露出した燃料棒の表面温度が崩壊熱により上昇したため、燃料棒の表面が圧力容器内の水蒸気と反応して、大量の水素が発生しました。格納容器の損傷部（温度上昇によって生じた蓋接合部等の隙間と考えています）から漏れ出た水素は、原子炉建屋上部に溜まり、何らかの原因により引火して、津波襲来から約24時間後の3月12日午後3時36分に爆発しました。また、溶融した炉心が圧力容器の底を貫通し、格納容器の床面のコンクリートを侵食しました。

水素爆発に伴う周辺の瓦礫の散乱等は作業の大きな妨げになり、2号機、3号機への対応が遅れる原因ともなりました。

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※1 非常用復水器：圧力容器内の蒸気を冷却して水に戻し、再び圧力容器へ送り込むことで炉心を冷却する設備。

※2 電源盤：受電・配電のための設備。発電機やバッテリーがあったとしても、電源盤が使えないと建屋内の各設備に電気を送ることができない。