การหลอมละลายนิวเคลียร์ (อังกฤษ: nuclear meltdown) เป็นอุบัติภัยทางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทำให้แกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์เสียหายจากความร้อนที่มากเกิน คำว่า nuclear meltdown ไม่ใช่คำที่ถูกนิยามอย่างเป็นทางการโดยทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency)[2] หรือคณะกรรมการกำกับกิจการนิวเคลียร์ของสหรัฐ (Nuclear Regulatory Commission)[3] แต่ถูกนิยามขึ้นเพื่อหมายถึงการหลอมละลายโดยอุบัติเหตุของแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทั้งการหลอมละลายของแกนทั้งหมดหรือบางส่วน การหลอมละลายนิวเคลียร์ยังเป็นที่รู้จักในชื่ออื่น เช่น การหลอมละลายแกน (core meltdown) อุบัติเหตุการหลอมละลายแกน (core melt accident) หรือการหลอมละลายแกนบางส่วน (partial core melt)[4]การหลอมละลายของแกนเกิดขึ้นเมื่อความร้อนที่ผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มากเกินกว่าความร้อนที่ถูกระบายโดยระบบหล่อเย็น จนถึงจุดที่อุณหภูมิของชิ้นส่วนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อย่างน้อยหนึ่งชิ้นสูงเกินกว่าจุดหลอมเหลวของตัวมันเอง การหลอมละลายนิวเคลียร์แตกต่างจากชิ้นส่วนเชื้อเพลิงล้มเหลวซึ่งไม่ได้เกิดจากอุณหภูมิสูง ทั้งนี้การหลอมละลายอาจเกิดได้จากการสูญเสียสารหล่อเย็น, การสูญเสียความดันสารหล่อเย็น, อัตราการไหลของสารหล่อเย็นต่ำ, หรือเป็นผลมาจากอุบัติเหตุภาวะวิกฤตซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ทำงานเกินขีดจำกัดที่ออกแบบไว้ นอกจากนี้อัคคีภัยที่เกิดขึ้นภายนอกอาจทำความเสียหายต่อแกนจนนำไปสู่การหลอมละลายได้เมื่อชิ้นส่วนเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์เริ่มหลอมละลายและปลอกหุ้มเชื้อเพลิงแตก จะทำให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เช่น ยูเรเนียม พลูโตเนียม หรือทอเรียม) และผลผลิตจากฟิชชัน (เช่น ซีเซียม-137 คริปทอน-85 หรือไอโอดีน-131) ที่อยู่ภายในรั่วออกมาผสมกับสารหล่อเย็น และรั่วต่อไปยังชั้นอื่น ๆ ของโครงสร้างคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งและโลหะร้อนภายในแกนนำไปสู่ปฏิกิริยาระหว่างเชื้อเพลิง–ไอน้ำ การระเบิดของไฮโดรเจน หรือค้อนไอน้ำซึ่งสามารถทำลายโครงสร้างคลุมเครื่องปฏิกรณ์ การหลอมละลายนิวเคลียร์ถือเป็นอุบัติภัยร้ายแรงเนื่องจากมีโอกาสที่นิวไคลด์กัมมันตรังสีจะแพร่ออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอก ก่อให้เกิดการเปื้อนสารกัมมันตรังสี ฝุ่นรังสีนิวเคลียร์ และภาวะพิษจากรังสีในมนุษย์และสัตว์ที่อยู่ใกล้เคียงตัวอย่างอุบัติภัยทางเครื่องปฏิกรณ์ที่เกิดจากการหลอมละลายนิวเคลียร์ ได้แก่ อุบัติเหตุนิวเคลียร์เกาะทรีไมล์ในปี ค.ศ. 1979 ที่เกิดจากการล้มเหลวของระบบวาล์วความดันและความผิดพลาดของมนุษย์ จนนำไปสู่การหลอมละลายของแกนบางส่วนและการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสี[5] ภัยพิบัติเชียร์โนบีลในปี ค.ศ. 1986 ซึ่งเกิดจากความบกพร่องในการออกแบบและความประมาท ทำให้ระบบหล่อเย็นปิดตัวระหว่างทดสอบความปลอดภัย แกนจึงเกิดความร้อนสูงจนระเบิดปลดปล่อยสารกัมมันตรังสีออกสู่อากาศ[6] และภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งในปี ค.ศ. 2011 เมื่อระบบหล่อเย็นไม่ทำงานเนื่องจากโรงไฟฟ้าถูกคลื่นสึนามิพัดเข้าท่วม ทำให้แกนของเครื่องปฏิกรณ์ 3 เครื่องร้อนจัดจนหลอมละลายบางส่วน นำไปสู่การระเบิดของไฮโดรเจนที่ทำให้สารกัมมันตรังสีรั่วไหลออกมา[7]