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福岛核电站事故时间轴以时间轴形式介绍了福岛第一核电站事故的时间、事件历程。
在3月11日地震之后，核子工程国际组织（Nuclear Engineering International）报告1号机、2号机和3号机都已自动停机，而4号机、5号机和6号机正在进行维修，并没有开启运转。由于整个灾区电力停摆，厂区的用电，特别是作为冷却用途的电力只能靠核电站本身发电供应。因为主发电设施停止运转，必需依赖紧急柴油发电机供应冷却系统所需要的电力，但是柴油发电机已被先前地震引起的海啸损坏，只运作了一小时就先后失去功能。虽然反应堆已自动关闭，内部的核能燃料仍旧需要冷却系统除去衰变热（decay heat）。工程师改用电池供给反应堆控制与阀门所需要的电力，这些电池只能使用几个小时，日本自卫队运送更多的备用发电机和电池到福岛第一核电站。由于冷却系统故障，日本政府于3月11日宣布进入“核能紧急事态”。
14时46分，规模9.0级大地震和稍后引发的大海啸重击日本。由于福岛第一核电站的反应堆冷却系统发生故障，日本政府宣布进入“核能紧急事态”。21时23分，日本政府发布第一道撤离命令，半径3公里内居民应撤离，半径10公里内居民应待于屋中。大海啸造成两名东京电力公司的员工殉难于4号机地下室。
05时44分，日本政府发布第二道撤离命令，半径10公里内居民应撤离。
15点36分，1号机所在地的建筑发生爆炸。四名员工因此受伤，都已被送往医院治疗，幸无大碍。反应堆建筑物的屋顶及外墙的上半部分被炸毁，只剩下不锈钢梁架，围阻体并未遭到损坏。为了降低围阻体内部的压强，东京电力公司（简称“东电”）将氢气和蒸气排出围阻体，同时外释出大量放射性物质。东电又开始使用海水来紧急冷却，此举会永久地损坏反应堆。
18时25分，日本政府三度发出撤离命令，半径20公里内居民应撤离，影响17万至20万居民。政府建议在疏散区之外10公里生活的民众尽量待在室内，避免出门。反应堆外释的核裂变产物，特别是放射性碘-131，促使日本官员分发碘片给附近居民。
3号机疑似也可能发生部分堆芯熔毁。根据东电于13点整发表的通讯，发生氢气爆炸的1号机注入海水与硼酸，这是为了要冷却与阻止进一步核反应。由于反应堆的气压过高，3号机已经排气。之后，为了要吸取中子，又灌入含有的硼酸的水。虽然2号机围阻体内的气压很高，遮掩燃料棒的水位也比正常低，由于冷却系统仍旧能够将水注入，水位相当稳定。同日日本核能研究开发机构宣布，依照国际核事件分级表，将福岛事故分级为第四级核事故。政府官员谈到堆芯熔毁的可能之后，大约170,000–200,000名居民已被疏散至安全地区。而法国则认为问题比日本官方宣称的更严重，是第六级事故。
3号机反应堆建筑物发生氢气爆炸，并且有白烟冒出。东电猜测，反应堆围阻体仍旧无恙。法国原子能安全委员会的主席认为，这事故应该调升为国际核事件分级的5级（具有场外风险事故）或甚至于6级（重大事故）。
清晨6点10分，2号机传出爆炸声。这次爆炸可能损坏了围阻体底部的抑压室（将蒸气冷却为水的地方）。辐射剂量率（965.5微希沃特每小时）已超过法定基准（500微希沃特每小时）。核电站内800名工作人员中，不必要人员都开始撤离，只留下50人员敢死队，称为福岛50勇士，继续执行这艰险的冷却工作。
9点40分，4号机乏燃料池发生火灾。通常员工会用淡水遮掩冷却乏燃料池内的乏燃料棒。但是在大地震后，由于冷却系统故障，水位太低，造成乏燃料棒过热着火。两个小时之后，火灾才被扑灭。辐射级位迅速飙高，但稍后后降回。在3号机附近一处地方检测到辐射剂量率400毫希沃特每小时。
国际原子能总署总干事天野之弥在维也纳宣布，计划明日飞往日本，亲自视察福岛核电站状况，并与日本对方研谈是否需要帮助。天野之弥准备派遣总署的核能专家在第一时间飞往日本。
早晨，自卫队直升机四次从空中浇洒水于于3号机与4号机的乏燃料池。下午，自卫队确认，4号机的乏燃料池已盛满水，所有乏燃料棒都被水遮掩。将厂外电源连接至每个机组的工作开始进行。晚上7点整，消防员试图用装备有高压水管的消防车将水注入3号机。东电通知国际原子能总署，工程人员正在铺设电缆连结厂外电力至2号机。
Chuo建筑公司董事长Kazunori Hasegawa，在电视上看到直升机救难之后，立刻打电话给政府，愿意借给东电两台混凝土泵车。这样，东电可以用泵车直接喷水到反应堆内部。但是，没有得到任何回应，一直到三天后，东电才回答要等待其它类似泵车抵达福岛。
凌晨3点整，东京消防局派出30部消防车、139名消防队员和搜救队；其中，有一部消防车装备有22米长喷水臂。连续第二天，在核电站西北方30公里远的地方检测到150微希沃特每小时的高辐射剂量率。日本官方将1号机的冷却系统故障与堆芯损坏升级为国际核事件分级的第5级，并且给予2号机、3号机同样的分级。4号机乏燃料池缺水定为第3级。截止于11点整，在24小时内，核电站的辐射剂量率从351.4降低至265微希沃特每小时，但是不清础这是否是因为喷水冷却所达成的结果。
由100名东京消防员与53名大阪消防员组成的第2队参与抢救，替换先前派遣的第1队。他们使用22米高喷水臂喷水来冷却3号机内部的乏燃料池。
2号机与厂外电源连接，恢复通电，但是，仍需要修复很多设备。6号机的柴油发电机已经修复，可以供电冷却5号机与6号机。这两机组回复至冷停机状态，乏燃料池内部温度回复正常。东电表示，3号机压力容器的压强正在升高，可能需要排气降压。稍后，东电决定不需这样做。枝野幸男首先确认，事故结束后，严重损坏与污染的核电站会被关闭。
15点55分，3号机东南角发现又冒出灰烟，这打断了正在进行的修复工作。在3号机工作的员工立刻撤离。但是，检测辐射量并没有发现任何改变，反应堆的状态也仍旧一样。一直到17点55分，3号机才停止冒烟。在18点22分，2号机发现冒出白烟，大概是蒸汽，检测到的辐射剂量率也短暂地跟着升高。员工铺设了一条传输电力的电缆到4号机。不再需要依靠柴油发电机，5号机已得到厂外电源供电。
2号机与3号机仍旧在冒烟，但是比较稀薄。专家认为这是喷水造成的蒸气。由于辐射剂量率并没有特别改变，专家认为可以安全重返工作。恢复电力供应的工作继续不断，4号机接妥电缆，所有6个机组都已连接到厂外电源，3号机与4号机共同的控制中心办公室又重新大放光明。
下午，3号机又冒出烟雾，这次是乌黑浓烟，因而促使工作人员再次撤离。从空中录影，可以观测到严重损坏的3号机里面，在浓烟底部，似乎有小火正在燃烧。1号机的给水系统已修复，大大增加了注水功能。枝野幸男建议，东京的饮用水已检测到高辐射含量（约为婴儿摄取量的两倍），不应该用来制作婴儿食品。由德国普茨迈斯特机械公司制造的58米泵车开始向反应堆建筑注入海水。
1号机、2号机与3号机继续海水注入作业。核电站附近的辐射剂量率降低至200微希沃特每小时。1号机控制室恢复照明。三名员工在涡轮机房铺设缆线时，不小心踩到具有强烈放射性的污水里，并且在大约15公分深的污水里足足工作了40到50分钟，由于其中两位员工并没有穿着保护鞋，他们的足踝以下皮肤因此接受到大约2-6希沃特的辐射量，现已在医院治疗。积水的放射性活度比正常高出10,000倍，大约为3.9 兆贝克每毫升。原子能安全保安院（简称“保安院”）官员表示，3号机反应堆内的燃料棒已经损坏。从直升机用红外线检测各个机组，显示出1至4号机的反应堆表面温度继续下降，在11-17 °C之间，3号机的乏燃料池温度大约为30 °C。
1号机、2号机与3号机的压力容器都可能已遭受破坏。与其它机组不同，只有3号机使用含有钚元素的混合氧化物核燃料。“保安院”官员怀疑3号机正在外泄辐射物质。共同通讯社报导，1号机和2号机的涡轮机房发现高辐射污水于。美国海军派出两艘大型平底船，共载有1.89百万升（500000加仑）的淡水，预期会在两天内抵达灾区。日本政府宣布，由于生活必需品补给很困难，核电站附近20至30公里自愿疏散区域内，鼓励居民自愿疏散，政府会免费供应交通与其它援助。根据政府检测数据，东京的自来水很安全，婴儿可以饮用，不必担心。核电站冷却水出水口外330米海域检测到碘-131的放射性活度为50贝克勒每毫升，比正常值高出1250倍。
1号机、2号机与3号机反应堆的海水注入作业已停止，改换回使用淡水降温。附近的辐射剂量率已降低至仍旧很高的170 微希沃特每小时。日本海上自卫队从横须贺海军基地拖曳的两艘美国海军大型平底船如期抵达福岛，供应了大量淡水。
2号机与3号机涡轮机房内的积水分别检测到辐射剂量率超过1000与750毫希沃特每小时。东电错误地报告，这2号机测值比正常值高出1000万倍。东电后来被迫收回这报告并且对此事件公开致歉，归咎为不正确的碘-134测值（后来东电再次检测，得到的测值低于限值）。保安院指出，辐射级位高于1000毫希沃特每小时，确信这是核裂变产物，但不确定这是怎样从反应堆外泄的。高辐射级位耽搁了技工修复淡水冷却系统的工作。横田空军基地的美国空军技工特别制成了“转接阀门”，能够将国际捐赠的水泵系统连接至现有福岛设施。陆上自卫队对于已损核电站拍摄的空中录影显示出，至今为止，最清晰、最详细的观察：
日本原子力安全委员会宣布，强烈地怀疑，在2号机反应堆堆芯，熔毁的燃料棒所外释的放射性物质已借着围阻体内的水媒介，通过未知路径，外泄至涡轮机室，造成积水的辐射级位飙高。为了减少漏水，东电将灌水率从每小时16公吨降低到每小时7公吨。这可能会促使反应堆内部温度升高。由于污水的辐射级位过高，修复1至4号机冷却水泵与其它用电系统的工作被迫停止进行。东电确认，从21日至22日，在5组样品里，检测到低量钚元素。在核电站内两处地点检测到，相对于Pu239与Pu240，更高浓度的Pu238，这意味着核事故造成的污染已经到达了这两处地点。不论如何，检测到的钚元素总量值，大约等同于过去因大气层核子弹试爆所造成的背景钚元素量值。
东电继续灌水作业。东电发现，从建筑物溢流出来的辐射污水，快要填满外面的管线坑道了。在建筑物内部与外部的高辐射污水，给予技工们很大的困扰，阻碍他们修复反应堆的冷却系统和其它自动系统。通用电器公司的沸水反应堆安全研究部门前主管Richard Lahey推测，2号机的堆芯熔毁可能已经穿透了压力容器底端。这唤起了放射性物质严重外泄的顾虑。
东电会长胜俣恒久在一个新闻发表会宣布，现在尚不清楚该如何解决核电站的诸多问题。目前亟需解决的困题是如何回收大量的辐射污水。还有，使用海水降温会造成海盐累积于反应堆内部，引起管道阻塞、金属腐蚀等等问题，需要尽快去除。公司正在研究在反应堆四周建筑一道新的混凝土围墙来围堵辐射，类似在切尔诺贝利核能电厂事故使用过的抢救方法
由于辐射污水的过度外泄会造成环境大幅度污染，1号机附近管线坑道的大量辐射污水，都被泵入4号机旁的储存槽内。涡轮机房的高辐射级位严重阻碍员工抢救作业，为了要降低涡轮机房的辐射级位，必需将涡轮机房地下室的污水抽至冷凝器，但是冷凝器都已盛满，所以需先将2号机和3号机的冷凝器内部的水，用水泵抽取至建筑物外面的储存槽。这样，冷凝器可以容纳更多从反应堆出来的污水。两台全世界最大的混凝土输送泵，70米普兹迈斯特泵（Putzmeister pump），正在从美国运输到日本的路途中，预计一周内可以抵达福岛。刚开始，经过改装后的普兹迈斯特泵会被用来抽取冷却水。稍后，搭建任何遏止放射性物质扩散的永久建筑物，会使用普兹迈斯特泵输送所需的混凝土。中国的三一重工也捐赠了一台62米混凝土泵车驰援福岛。
东电表示，在1号机附近的地下水含有高浓度放射性碘元素，浓度为正常的一万倍，但是保安院怀疑这数据的正确性，催促东电多做几次检测核对结果。为了避免再次发生氢气爆炸，东电拟将氮气注入1号机压力容器。又有两台62米普兹迈斯特混凝土泵车，将会从德国空运到日本，很快就会参与救灾。
在2号机附近的一个缆线通过的竖井内，发现有一个20公裂变缝，不断地外泄辐射污水到大海里。污水的辐射级位为每小时1希沃特。东电正在准备灌入混凝土，希望能够堵住漏水。
东电确认，自从3月11日就杳无音讯的两名员工已经殉职，年尚未满25岁。他们看来好像是在4号机的涡轮机房进行大地震后的检查时，由于遭受到大海啸冲击，造成身体多处流血损伤致死。2号机附近竖井的堵漏工作不幸失败，混凝土无法按照正常方式凝固。东电又尝试注入高分子聚合物、木屑、报纸等等吸水后会膨胀的物质，但是仍旧无法堵漏。核电站区内的辐射级位继续缓慢降低或趋向稳定。
东电开始将一万公吨的低辐射污水从储存槽排入大海。东电表示，这是无可奈何之举，必需先腾出足够空间，容纳机组内累积的高辐射污水，员工才能够安全无虑地在机组内修复各种冷却与控制系统。在核电站附近海域取样检测出放射性铯元素，含量是安全标准的一百一十万倍。
在核电站附近海域取样检测出放射性碘-131，含量是安全标准的七百五十万倍。
东电员工在竖井附近钻孔，注入显迹素。经过一番努力，终于在下午，观察到含有显迹素的污水从竖井内的裂缝流出。一小时后，员工将凝聚剂注入孔内。员工又钻孔至竖井下方的砾石，然后注入1500升的水玻璃（硅酸钠）。
凌晨5点38分，东电确认，五日所进行的堵漏行动成功，辐射污水已停止从竖井泄漏至大海。士气大振，东电继续注入凝聚剂，总共注入了6000升凝聚剂。
尽管韩国政府，苏俄科学家和日本渔夫提出严重抗议，日本政府仍旧批准将1万1500公吨的低辐射污水排放入海，腾出足够空间来储存高辐射污水。
在福岛第一核电站以南50英里的茨城县北茨城市海域，捕获到的玉筋鱼检测出碘-131的放射性活度为每公斤4000贝克勒，政府设定的标准为每公斤2000贝克勒。更麻烦地是检测出锶-137的放射性活度为每公斤447贝克勒。锶-137的半衰期为30.17年，碘-131的半衰期只有8天。锶-137会长期的残留污染福岛附近海域。。
东电决定对1号机围阻体注入氮气，以减低氢气爆炸之可能性。
1点31分，开始将氮气注入1号机围阻体。
23点32分，又发生里氏震级7.1强烈余震，宫城县立刻发布海啸警报，直到90分钟后才解除。大多数在核电站的员工都暂时撤离。东电表示，这余震没有造成任何损坏。
但是，对于1号机作的检测显示出，在余震后，温度显然升高，干井的辐射剂量率也飙涨超过仪器最高值100希沃特每小时。反应堆压强表前十天检测的结果显示，压强稳定增长。
东电仍旧努力灌水，希望能够继续冷却反应堆，避免堆芯进一步熔毁。两架俄国安托诺夫An-124超大型运输机分别从美国亚特兰大与洛杉矶起飞。每架机上载运著一部特大混凝土输送泵，准备运送至日本。这两部200万美元混凝土输送泵可以从两英里外遥控操作，喷灌水注至损坏的反应堆
东电尚未计划采用切尔诺贝利的方法来解决这次核事故。切尔诺贝利的方法是用混凝土将整个反应堆封闭埋葬。假若东电改变计划，混凝土输送泵可以按照新计划改装配适，用来浇灌混凝土。
17点16分，福岛县滨通地区发生里氏震级7.0强烈地震，造成1号机与3号机暂时失去厂外电力。因此，1号机与3号机的冷凝剂注入工作中断了50分钟。美国租用的俄国运输机运送美国正使用的两台70米高,95吨级的普茨迈斯特泵车前往日本.
保安院针对福岛第一核电站的总体状况，以估计的总外释辐射量为主要因素，决定将这事故升级为第七级核事故。切尔诺贝利核事故的总外释辐射量，仍旧比这次事故的外释辐射量多很多，大约是这次事故到现在为止外释辐射量的十倍。
由于侦测器错误地警告4号机乏燃料池已灌满，使得冷却作业短暂停止。之后，乏燃料池温度升高至90 °C，在乏燃料池上方6米检测到的辐射剂量率飙跳至84毫希沃特每小时。
东电宣布，1至4号机的冷却系统已无法使用，必需汰旧换新。
美国联合通讯社报导，iRobot公司的两个军用机器人进入了1号机和3号机，并且执行了检测温度、压强、辐射量等等任务。这两个机器人可以打开和关闭各种各样的门，在反应堆建筑物内游走自如。它们检测到1号机和3号机内部的辐射剂量率分别为49毫希沃特每小时和57毫希沃特每小时，仍旧非常高。东电表示，这些数据不会改变公司在年底关闭核电站的计划。今后，东电会派出更多机器人执行任务，但是，最终还得倚赖真人进入这些建筑物。
为了避免放射性污尘四处飞散，一种“放射性物质飞散防止剂”被试验喷洒在“放射性废料处理厂房”附近1200平方米土地上。
东电开始将2号机地下室与隧道内的高辐射污水，转移到放射性废料处理厂房。
东电表示，核电站内的放射性污水正泄漏流入太平洋，当地渔民与核子监督机构的专家早先就怀疑会发生这问题。而东电先前坚决否认这问题的存在。因此，日本总理安倍晋三命令政府介入处理这紧急问题。
核电站又发生一起事件，多达300吨的高辐射浓度污水从污水储存槽外泄。这污水足以对于附近工作员工的健康有害。这次污水外泄事故被评为国际核事件分级表中的第三级。
东电表示，导致福岛第一核电站蓄水罐存储的放射性污水大量泄漏的原因是蓄水罐变形。此前东电曾经用橡胶圈对蓄水罐进行了密封，防止蓄水罐变形，但是，近日橡胶圈可能已经因老化而丧失功能。
日本政府采取紧急措施，直接出面解决外泄问题，避免这问题变得更严重，这动作显示出政府对于东电缺乏信心。
日本福岛第一核电站的辐射污水持续外泄流入大海，日本政府准备投入470亿日圆经费阻止外泄，并且建设冻土墙与除污装置。
日本首相安倍晋三亲自视察福岛第一核电站并且做出指示，除了先前除役的四个反应堆以外，完好但停机的第五、六号反应堆也应报废，专心处理污水问题。安倍说：“此行目的正是要亲自见证。”
东电开始将4号机的燃料棒取出，最先取出的是尚未使用的202支，然后再取出已使用的1331支。这些燃料棒将被搬移储存在100米以外的共同强化池，大概需要费时一年才能完成这些工作。
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