제1원전에서 가장 위태로운 원자로는 4호기다. 이 원자로는 대지진 당시 가동을 멈춘 상태였기 때문에 비교적 안전한 것으로 평가됐으나 15일과 16일 연이어 폭발과 화재가 발생, 건물에 8m 크기의 구멍 2개가 뚫렸다. 전문가들은 폭발 이후 이미 상당량의 방사성물질이 유출됐을 수 있다고 분석했다.

4호기가 화약고가 된 건 충분히 식지 않은 폐연료봉이 폭탄으로 돌변한 탓이다. 핵분열 과정을 거친 연료봉에서는 평소의 5% 정도의 잔열이 발생하기 때문에 원자로 내 수조에 넣어 냉각시킨다.

그러나 4호기처럼 수조 안 수위가 줄어 연료봉이 냉각되지 않으면 원자로 내 온도가 올라가 연료봉 외부 피복재가 녹고 결국 방사선이 그대로 새어나오게 된다. 또 연료봉에 불이 붙어 방사성물질을 함유한 가스가 발생할 위험이 크다. 폐연료봉 수조의 경우 사용 중인 연료봉과 달리 격납용기에 덮여 있지 않은 탓에 폭발 시 외부로 손쉽게 유출될 수 있다.

원자로를 관리하는 도쿄전력 측은 “4호기의 폐연료봉이 핵분열 연쇄반응을 일으킬 수 있다.”며 최악의 상황을 경고했다. 원자로 주변의 방사선 수치가 높아 직원들이 접근을 못하자 일본 당국은 헬기를 이용, 물을 뿌려 원자로의 온도를 낮추는 방안을 고민 중이다. 그러나 백원필 원자력연구원 본부장은 “원자로 내 저장수조에 정확히 살수하려면 저공비행해야 하지만 방사선 탓에 접근이 어려워 (헬기 이용이) 큰 효과를 보기 어려울 듯하다.”고 말했다. 도쿄전력은 15일 화재 당시 진화 여부를 제대로 확인하지 못하는 등 부실한 조치를 취해 불안감을 키우고 있다