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Als Kernschmelze bezeichnet man einen Vorgang in einem Kernreaktor, bei dem sich die Brennstäbe im Reaktorkern übermäßig erhitzen und schmelzen. Das für die Regelung der Reaktorleistung notwendige Einbringen eines Neutronenabsorbers ist dann nicht mehr möglich und die Kettenreaktion verläuft gegebenenfalls unkontrolliert.
Eine Kernschmelze kann auftreten, wenn Reaktorkühlung und sämtliche Sicherungssysteme ausfallen. Dabei handelt es sich um einen sehr schweren Unfall, bei dem unter Umständen hochradioaktives Material unkontrolliert aus dem Reaktor in die Umgebung gelangen kann.

Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren werden bei fehlendem Kühlwasser unterkritisch, das heißt die Kettenreaktion und damit die Erzeugung von „Spaltleistung“ hören auf. Jedoch kann bei Ausfall jeder Kühlung die Nachzerfallswärme die Brennstäbe so weit erhitzen, dass ihre Hüllrohre und auch der darin eingeschlossene Kernbrennstoff schmelzen und am Boden des Reaktorbehälters zusammenlaufen.
Im Endstadium könnte der geschmolzene Kern sich schlimmstenfalls durch den Reaktorbehälter und sämtliche Gebäudehüllen fressen, das Grundwasser erreichen und somit große Mengen radioaktiver Stoffe freisetzen. Kurzfristig noch gefährlicher für die Bevölkerung ist eine oberirdische Freisetzung durch ein Gebäudeleck, so wie bei der Katastrophe von Tschernobyl, bei der durch eine Explosion ein Gebäudeleck entstand.
Wird der Reaktor trotz fehlendem Kühlmittel nicht unterkritisch – dies ist grundsätzlich möglich bei Reaktoren, bei welchen unter anderem der Dampfblasenkoeffizient nicht in jedem Betriebszustand negativ ist, wie beispielsweise natriumgekühlten Brutreaktoren – kann auch die weiter laufende Leistungserzeugung durch die Kettenreaktion im Extremfall zum Kernschmelzen führen.

Die anderen Folgen der Kernschmelze, wie Dampf- und Wasserstoffexplosionen, gehen typischerweise mit einer Kernschmelze einher, setzen sie aber nicht voraus.
Eine besonders schwerwiegende Variante des Unfallablaufs ist die Hochdruckkernschmelze, wenn es nicht gelingt, in der ersten Zeit den Druck im Reaktor stark abzusenken. Es wäre dann möglich, dass die glühend heiße Schmelze des Reaktorkerns die Wand des Reaktorbehälters stark schwächt und unter gleichzeitigem, auch explosionsartigem Druckanstieg, zum Beispiel durch eine Knallgasexplosion oder schnelle Verdampfung des Wassers (physikalische Explosion) aus dem Reaktorbehälter entweicht. Der hohe erzeugte Druck im Containment könnte zu Leckagen führen, was radioaktives Material freisetzt. Entsprechende Szenarien wurden 1989 in der „Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke Phase B“ veröffentlicht und führten zu umfassenden Diskussionen (siehe Artikel Kernkraftwerk). Um solche Risiken zu mindern, wurde nach dem Super-GAU in Tschernobyl in Deutschland das sogenannte Wallmann-Ventil vorgeschrieben.

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