如何使核设施抵御地震和海啸之类的自然灾害？
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了解在建的或已有的核设施附近的潜在自然灾害，是保护这些设施和公众的第一步，也是最重要的一步。例如，核电厂一般不应该建造在主要的地震断裂带附近。核设施可以通过高质量的建筑和有效的安全系统来预防自然灾害。例如，为了预防地震灾害，这些设备要在不会损坏重要的安全系统，如反应堆压力容器和安全壳结构的情况下振动。为了预防海啸，沿海的核电厂需要有足够高的海堤以防止高大的海浪。应急柴油发电机也需要安置在洪水影响不到的地方。最后，核电厂的应急堆芯冷却系统必须在严重的自然灾害情况下也能工作。在工程师们改进核设施的安全性时，要对所有的意外事件都做好准备可能是不现实的。大自然总是能够造成前所未有的破坏，对此我们还没有完全准备好。
福岛第一核电站事故是如何发生的？
2011年3月11日，当地时间下午2：46，日本本州的东北海岸发生了一次强烈地震。本州是日本面积最大、人口最多的岛屿。这次地震的震级约为里氏9.0级，是日本140年地震监测历史记录中最大的一次。这次太平洋地壳构造板块突发的大移动，接着引发了巨大的海啸。迅速移动的高大水墙猛烈撞击本州东北部的城市仙台及其周围的陆地。两个星期后，10000多人被确认死亡，大约17000人仍然下落不明。
这次地震的强烈震动已经超过了位于日本福岛第一核电站、福岛第二核电站、女川核电站和东海核电站地震计的安全阈值。结果是，这些地震计立即向这些厂内的11座正在运行的反应堆发送了关闭信号。地震发生时，福岛第一核电站6座反应堆中的3座正在运行。1号、2号和3号反应堆是这个核电站最早运行的反应堆，自20世纪70年代就开始运行了。关闭程序运行正确。然而，当海啸的洪水淹没福岛第一核电站的应急柴油发电机时，危机出现了。地震发生时，为运转核电厂冷却泵提供电力的必不可少的外部电源不能供电。
正如本书前面已经提到过的，反应堆关闭几天到几个星期后——与运行的历史有关——仍然从裂变产物的放射性衰变中产生大量的热量。关闭后产生的衰变热马上就变为关闭前的6%。例如，福岛第一核电站的1号反应堆当时的热功率约为1200兆瓦。所以，刚关闭后，堆芯的热功率约为72兆瓦。这一巨大的热量必须从堆芯中转移走，否则燃料棒可能破裂；如果仍然无法冷却，燃料棒最终就会熔化。尽管外部电源不能供电，洪水淹没了柴油发电机，但核电厂还有储存8小时电能的电池，只是这一备用电源在电力供应恢复前被消耗殆尽了。
由于没有电力供冷却泵运转，这些堆芯开始变得过热。堆芯周围的大部分水变成了蒸汽。然后蒸汽与锆合金包壳发生化学反应，这些包壳的设计目的是防止核燃料中的裂变产物外泄到周围环境中去。这种化学反应会产生易燃的氢气。为了减小反应堆压力容器和主安全壳内蒸汽压力和氢气的增加幅度，核电厂的运行人员排放了一些蒸汽和氢气。最主要的危险是主安全壳会开裂。但是，在几天时间里被释放进入二级安全壳的氢气开始燃烧，并在1号和3号反应堆的二级安全壳上炸出了一些孔。虽然堆芯本身还没有暴露，但位于二级安全壳内的乏燃料池并非如此。当时担忧的是，乏燃料池的冷却水可能会流失，如果乏燃料起火，大量的放射性材料有可能外泄到周围环境中去。由于地震的破坏，4号反应堆乏燃料池的冷却剂确实明显流失了。在危机爆发的第一周，对于乏燃料池究竟是已经排空了，还是只流失了大量冷却剂，有着不同的观点。2011年3月16日，美国核管理委员会主席格雷戈里·贾茨科(Gregory Jaczko)在国会做证时说，他得到的信息是冷却剂全部流失了，但是日本核工业官员不认同这一说法。这种差异说明了得到可靠数据的困难程度。
同样，在危机爆发的第一周，2号反应堆遭受了一次蒸汽压缩系统内的氢爆炸。蒸汽压缩系统是附加在主安全壳上的。这个设计的作用是通过吸收蒸汽的能量来防止蒸汽积累。但是1号、2号和3号反应堆中的蒸汽压缩系统已达到饱和状态，2号反应堆蒸汽压缩系统的一条裂缝为燃料熔化事件中大量放射性材料逃逸主安全壳提供了一个潜在的通道。运行人员每次排放蒸汽时，只有相对少量的放射性材料外泄，特别是放射性碘和铯被释放出来。但是，在危机爆发的第二周，远至距离福岛约140英里的东京的水中放射性碘的水平促使有关当局警告家长们不要把受污染的水给婴儿和幼儿饮用，以免放射性碘在儿童的甲状腺体内积累。
撰写本书时正好是在危机爆发的第二周，核电厂运行人员、日本自卫队(相当于日本军队)和紧急救援人员尝试了各种方法从海中把冷却水注入堆芯和乏燃料池中去，这些方法包括用救火龙头、水炮和直升机降水。在1号、2号和3号反应堆的堆芯内，水位仍然远低于燃料棒顶端。第二周开始时，外部电源恢复向反应堆供电，但是运行人员仍然在努力把电力连接到至关重要的安全设备上。到第二周末，也还有令人不安的消息——3号反应堆的安全壳可能严重开裂。
这次核事故是前所未见的，因为它涉及多座反应堆同时遭受重大破坏。作为比较，三哩岛和切尔诺贝利核事故只各涉及1座反应堆。虽然要得知这个事故的完全影响还为时尚早，但对于日本乃至全世界而言，如下所述，危机早期的一些经验教训还是值得学习的。