宫城女川、福岛第一（1、2、3号机组）、福岛第二以及茨城东海的4个核电站共有11座核反应推，都在地震发生之后立刻自动停止了运行。另外，福岛第一核电站4、5、6号机组，因定期检查在地震发生之前已经处于停止状态。除了出现问题的核反应堆以外，其他核反应堆都处于低温稳定状态。
关于福岛第一核电站的1号、2号、3号机组和福岛第二核电站的1号、2号、4号机组，东京电力公司根据《原子力灾害对策特别措施法》第15条向日本政府进行了紧急通报，菅直人首相也依法发布了核能紧急事态宣言。菅直人首相立刻乘坐直升机赶赴现场，进行工作考察后，设立了核能灾害对策特别总部，并向该核发电站周边的居民发布了避难指示。目前，福岛第二核电站的反应堆都处于低温稳定状态，已从所谓《原子力灾害对策特别措施法》第15条的状态恢复到了正常状态。
福岛第一核电站受到海啸的影响，其核反应堆冷却装置发生了故障，其核燃料棒发热导致核反应堆里的水位下降，所以采取了使用水泵注水来冷却核燃料棒、把内部蒸汽往外排出等相应措施。关于1号和3号机组，因不能充分冷却其核燃料棒，产生的氢与大气中的氧发生化学反应，而引起氢气爆炸，爆炸破坏了核电站建筑物顶部外墙，但是收容核燃料棒的压力容器以及覆盖它的安全壳没有受到损害。关于2号机组，其安全壳的压缩监控室可能受到了部分损害。关于3号机组，其“乏燃料池”的水位下降，但通过从空中和地上进行了喷水作业，使得其周围的核辐射量有所下降。目前，正在向1、2、3号机组分别进行注水工作来冷却其核燃料棒，向3、4号机组乏燃料池分别进行喷水工作来冷却乏燃料棒。还有，从外部向福岛第一核电站引入输电线的作业已经完成,福岛第一核电站1至6号机组都已恢复电力供给，5号和6号机组的冷却装置的功能已得到恢复。正在致力于早日实现1至4号机组的冷却装置的正常化。
关于避难指示，目前在距福岛第一核电站20公里以内的居民需要避难。20到30公里需要屋里等待。在距福岛第二核电站10公里以内需要避难。我们对在核电站附近受核辐射侵害的人员采取除去污染等必要措施。该核电站离东京等都市圈有200公里以上。虽然一些周边地区所产蔬菜等食品检测出放射物质超标，但这种食品不会立即对健康造成影响。关于受到核辐射的部分农产品，日本政府要求供应商停止发货。另外，虽然该核电站附近的海水检出放射性物质，但不会立即对健康造成影响。目前，对周边核辐射的各种影响，继续进行调查。
日本政府适时向国际原子能机构(IAEA）、在京外交使节、外国媒体等进行了相关情况的说明。日本驻华使馆也对中国有关部门进行相关情况的说明。菅直人首相向天野之弥国际原子能机构总干事承诺公开相关信息。日本政府把福岛第一核电站核泄漏事故等级从4级提高为5级。世界卫生组织（WHO）发布信息称， 世界卫生组织不建议限制赴日旅游。国际民间航空机关（ICAO）也发布信息称，对前往日本无旅行限制。
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