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Wird der Reaktor trotz fehlenden Kühlmittels nicht unterkritisch, kann auch die weiterlaufende Leistungserzeugung durch die Kettenreaktion im Extremfall zur Kernschmelze führen.
Eine solche Situation tritt nur bei Reaktoren auf, die nicht in jedem Betriebszustand einen negativen Dampfblasenkoeffizient besitzen. Ein solcher Reaktortyp ist der natriumgekühlte Brutreaktor.

Hat die Kernschmelze eingesetzt, kann es im fortgeschrittenen Stadium dazu führen, dass sich das Corium durch den Reaktorbehälter und sämtliche Böden der Anlage hindurch schmilzt und in den Erdboden gelangt.

Durch die meist einhergehende Zerstörung der Reaktorhülle durch Dampf- und Wasserstoffexplosionen besteht die Gefahr, dass große Teile des radioaktiven Materials unkontrolliert in die Umgebung gelangen, wo sie mit dem Wind weiter verbreitet werden können. Ebenso droht eine Kontaminierung des Grundwassers.

Der wohl schlimmste Fall einer Kernschmelze ist die sogenannte Hochdruckkernschmelze.
Ein solcher Fall ist dann unabwendbar, wenn es in der ersten Zeit nicht gelingt, den Druck im Atomreaktor stark abzusenken. Die glühend heiße Schmelze des Reaktorkerns kann dann die Behälterwände des Reaktors stark schwächen und unter gleichzeitigem, auch explosionsartigem Druckanstieg, zum Beispiel durch eine Knallgasexplosion oder schnelle Verdampfung des Wassers aus dem Reaktorbehälter entweichen.

Damit ein solcher Fall nicht noch einmal eintreten kann (Super-GAU in Tschernobyl) wurden an allen deutschen Atomkraftwerken die Installation des Wallmann-Ventils vorgeschrieben.
Mit Hilfe dieses Ventils kann im Ernstfall gefiltertes Gas kontrolliert in die Umgebung abgelassen werden.
Weiterhin wurde vorgeschrieben, dass Reaktoren mit Rekombinatoren ausgestattet sein müssen, um eine Knallgasexplosion zu verhindern. Die genannten Begleiterscheinungen der Kernschmelze, wie Dampf- und Wasserstoffexplosionen, gehen typischerweise mit einer Kernschmelze einher, setzen sie aber nicht notwendigerweise voraus.

Eine hundertprozentige Sicherheit bei dem betrieb von Atomkraftwerken kann niemand garantieren. Zwischenfälle wird es immer weider geben. Damit das Risiko für die bevölkerung minimiert wird, sollte man auf diese Art der Stromerzeugung verzichten und auf fossile Brennstoffe setzten, bis eine tragfähige Lösung für die Zukunft gefunden wurde. Natürlich kann man als Hausbesitzer auch erneuerbare Energiequellen anzapfen, dazu zählen Sonne, Wind und Erdwärme. Hierfür ist allerdings ein gesteigerter Inveszionsbedarf notwendig. Günstige Kredite dafür bietet unter anderem Deutschland Kredit oder der Solarkredit der DKB. Mit diesen Finanzierungsmodellen wird die Planung privater Anlagen günstig und überschaubar.