Harry K. Daghlian Jr. arbeitete auf dem Omega-Gelände des Kernforschungszentrums von Los Alamos und erzeugte eine prompt überkritische Anordnung, als er versehentlich einen Wolframcarbid-Klotz auf einen etwa 6 kg schweren Plutonium-Kern fallen ließ. Obwohl er das Stück wegstieß, erhielt er bei dem Prompt Burst eine tödliche Strahlendosis von geschätzt ca. 5 Sievert (Sv) und starb am 15. September. (INES: 4)

Im Kernforschungszentrum von Los Alamos experimentierte der kanadische Physiker Louis Slotin im Beisein mehrerer Wissenschaftler mit demselben Plutoniumkern, der in der Folge als „Demon Core“ bezeichnet wurde, und zwei Halbkugelschalen aus Beryllium, die als Neutronenreflektoren dienten. Slotin hielt die obere Halbkugel durch ein Daumenloch und benutzte, um sie kontrolliert abzusenken, einen Schraubendreher. Als der aus dem Spalt herausrutschte, riss Slotin die Halbkugel fort; er erhielt dabei eine Dosis von etwa 21 Sv, an der er bereits am 30. Mai verstarb. (INES: 4)

Auch bekannt als Unfall von Majak. Die dortige Wiederaufarbeitungsanlage lagerte ihre Abfallprodukte in großen Tanks. Durch den radioaktiven Zerfall der Stoffe entsteht Wärme, weswegen diese Tanks ständig gekühlt werden müssen. Nachdem im Laufe des Jahres 1956 die Kühlleitungen eines dieser jeweils 250 m³ fassenden Tanks undicht geworden waren, und deshalb die Kühlung abgestellt wurde, begannen die Inhalte dieses Tanks zu trocknen. Ausgelöst durch einen Funken eines internen Messgerätes, explodierten die enthaltenen Nitratsalze und setzten große Mengen an radioaktiven Stoffen frei. Da die kontaminierte Wolke bodennah blieb, entsprach die Belastung der Gegend um das russische Kyschtym nahezu der doppelten Menge des Tschernobyl-Unfalls. Da die Kontamination sich auf den Ural beschränkte, schlugen Messgeräte in Europa keinen Alarm (vgl. Tschernobyl-Unfall), wodurch der Unfall vor der Weltöffentlichkeit 30 Jahre lang geheim gehalten werden konnte.

Im Kernreaktor Pile No. 1 in Windscale (heute Sellafield) heizten Techniker den Reaktor an, um die so genannte Wigner-Energie aus dem als Moderator dienenden Graphit zu glühen. Bei dem Reaktor handelte es sich um einen von zwei luftgekühlten und graphitmoderierten Reaktoren. Sie wurden mit Natururan betrieben und dienten dazu, Plutonium für Atomwaffen herzustellen. Sie wurden durch einen von riesigen Lüftern erzeugten Luftstrom gekühlt. Am Morgen des 7. Oktober 1957 wurde der Reaktor kontrolliert heruntergefahren und die Luftkühlung abgestellt. Der Reaktor wurde danach im unteren Leistungsbereich wieder angefahren. Die Techniker stellten einen Temperaturabfall anstelle eines Temperaturanstiegs fest. Um die Wigner-Energie schneller abführen zu können, wurde der Reaktor am nächsten Tag in einen nicht erlaubten Leistungsbereich gefahren. Die Techniker saßen allerdings einem Trugschluss auf: Im normalen Betrieb traten die Temperaturspitzen an ganz anderen Orten auf als während des Ausglühens. An diesen Orten befanden sich jedoch keine Messfühler, und so begann der Graphit dort, zunächst unbemerkt, zu brennen. Die Luftfilter hielten dem Feuer nur kurze Zeit stand, danach konnte die Radioaktivität ungehindert durch die Abluftkamine nach außen gelangen. Blaue Flammen schlugen aus dem hinteren Bereich des Reaktors. 750 TBq gelangten in die Atmosphäre. Das Feuer brannte vier Tage und verbrauchte einen Großteil des Graphitmoderators. Die Techniker konnten nur einen Teil der Kernbrennstäbe aus dem brennenden Bereich des Reaktors stoßen. So schlugen sie eine Feuerschneise, indem sie benachbarte Stäbe herausstießen. Als letzte Konsequenz wurde der Reaktor mit Wasser geflutet. Die Flutung war äußerst gefährlich, denn das Wasser hätte durch die hohe Temperatur zu Knallgas aufgespalten werden können. Dies hätte zu einer Explosion geführt. Glücklicherweise erstickte das Wasser jedoch das Feuer. Große Mengen radioaktiver Gase entwichen in die Atmosphäre. Diese waren vor allem Iod, Krypton und Xenon. Die Milcherzeugung in einem Gebiet von 520 km² wurde verboten. Bald nach der Zerstörung von Reaktor 1 durch den Unfall wurde Reaktor 2 ebenfalls stillgelegt, als man erkannt hatte, dass eine sichere Abführung der Wigner-Energie konstruktionsbedingt unmöglich ist. Mit der Demontage der abgeschalteten Reaktoren wurde 1993 begonnen, sie sollte 2012 abgeschlossen werden, wurde aber bereits 1999 beendet. Der totale Rückbau soll bis 2040 erfolgen. Der Unfall wurde später für Dutzende von Krebstoten verantwortlich gemacht.

In der National Reactor Testing Station Idaho wurde um 21:01 Uhr bei Wartungsarbeiten der über Weihnachten abgeschaltete Prototyp eines militärischen Siedewasser-Reaktors, der SL-1, für wenige Millisekunden prompt überkritisch und setzte in dieser Zeit etwa das 6000-fache der Leistung frei, für die die Anlage ausgelegt war. Bevor durch Bildung von Dampfblasen die Reaktivität sinken konnte (siehe Dampfblasenkoeffizient), zerlegten sich schon die Brennelemente des kleinen Reaktorkerns aus hoch angereichertem Uran (90 %). Die den Kern umgebende, 2 m hohe Wassersäule prallte mit 9 m/s gegen den Reaktordeckel – der Wasserspiegel war für die Wartungsarbeiten etwas gesenkt worden – und ließ den gesamten, 12 t schweren Kessel um fast 3 m bis zur Geschossdecke emporschnellen, wodurch der Steuerstab wieder vollständig hineingedrückt wurde. Die Feuerwehr, durch Temperatursensoren an der Decke alarmiert, fand zunächst alles friedlich, bis auf die abschreckend hohe Strahlung hinter der Tür zum Treppenaufgang.

Als die drei mit den Wartungsarbeiten betrauten Soldaten vermisst blieben, drang man mit Schutzanzügen zur Arbeitsebene über dem Reaktor vor. Einer der drei Arbeiter war von einer herausschießenden Hülse durchbohrt und bis an die Decke geschleudert worden, zwei lagen auf dem Boden. Einer der beiden wurde noch lebend geborgen; er erlag aber zwei Stunden nach dem Unfall seiner Kopfverletzung. Selbst nackt strahlte der von Splittern durchsiebte Körper noch mit 5 Sv/h. Weitere Opfer gab es nicht. Die Rettungskräfte wurden jeweils nach einer Minute abgelöst. 22 von ihnen erhielten Strahlendosen im Bereich von 30 bis 270 mSv. Lediglich Iod-131 verbreitete sich über das Betriebsgelände hinaus, stellte in der Wüste aber keine Gefahr dar.

Von April bis November dauerte die Dekontamination des Gebäudes, an der Hunderte jeweils für wenige Minuten beteiligt waren; dann wurde das Druckgefäß herausgehoben und in ein Labor gebracht, wo es fernbedient zerlegt und untersucht wurde. Es sollte geklärt werden, wie der eigentlich damals als inhärent sicher geltende Reaktor hatte explodieren können: Nach den Wartungsarbeiten zum Jahreswechsel hätte der zentrale Steuerstab des Reaktors mit seinem Antrieb verbunden werden sollen. Dazu hätte er nur wenig angehoben werden müssen. Die Untersuchungen ergaben dann jedoch, dass der Stab weit und mit großer Geschwindigkeit gezogen worden war. Es war bekannt, dass die +-förmigen ‚Stäbe‘ in ihren leicht verformbaren Aluminiumhüllen festklemmen könnten. Als alternative Hypothesen wurden Sabotage, Selbstmord und Mord diskutiert.

Das Reaktorgebäude wurde vollständig zerlegt und in der Nähe vergraben, weil ein Transport des hochradioaktiven Materials zur 16 Meilen entfernten Deponie als unnötiges Risiko angesehen wurde. Als Konsequenz aus diesem Unfall – die bisher einzige Leistungsexkursion in einem US-Kernkraftwerk – wurden keine Reaktoren mehr gebaut, die durch das vollständige Ziehen eines einzigen Steuerstabes prompt überkritisch werden konnten, und es wurden detaillierte Arbeitsanweisungen für den Betrieb und die Wartung erstellt.

Im Kernkraftwerk Three Mile Island bei Harrisburg führten Versagen von Maschinenteilen und Messsignalen sowie Bedienungsfehler der Mannschaft zum Ausfall der Reaktorkühlung, wodurch es zur partiellen Kernschmelze (50 % des Kerns) und Freisetzung von 90 TBq an radioaktiven Gasen kam. Dieser Unfall ist bis heute der schwerste in einem kommerziellen Reaktor in den USA. Er wurde von der IAEO mit INES 5 eingestuft.

Das Teil-Schmelzen einiger weniger Brennelemente führte zu einer Kontamination des Reaktorgebäudes (INES: 4). Die beiden ersten in St. Laurent gebauten Reaktoren waren graphitmoderiert und gasgekühlt. Die Notkühlung erfolgte deshalb nicht mit Wasser, sondern mit aus der Werksumgebung angesaugter Luft. Der Reaktor wurde nach Reparaturen noch eine Zeit lang weiterbetrieben. Heute laufen in St. Laurent nur noch zwei Druckwasser-Reaktoren.

Zu einem Super-GAU (INES: 7) kam es im Block 4 des Kernkraftwerkes Tschernobyl in der Ukraine. Dabei wurde der Reaktorkern während eines Sicherheitstests aufgrund von Fehlern des Personals und durch konstruktionsbedingte Mängel prompt überkritisch. Es erfolgte eine Leistungsexkursion, die ein Vielfaches der Nennleistung überstieg, so dass es zu einer totalen Kernschmelze und zwei Wasserstoff-Explosionen in kurzer Folge kam. Die Abdeckung des Reaktorkerns und das Dach des Reaktorgebäudes wurden dadurch weggesprengt, ein Containment gab es nicht. Durch die Freilegung und Brand des Reaktorkernes wurden große Mengen Radioaktivität freigesetzt, die unmittelbare Umgebung wurde stark kontaminiert; darüber hinaus gab es zahlreiche direkte Strahlenopfer unter den Hilfskräften. Der Super-GAU konnte durch Radioaktivitätsmessungen und Fallout in Schweden und anderen europäischen Ländern nachgewiesen werden. Es wurde ein großräumiges Sperrgebiet eingerichtet und das Gebiet evakuiert. Die Anzahl der geschädigten Personen schwankt je nach Studie erheblich. Dass der Unfall bisher (gemäß IAEO) unerwartet wenig Opfer forderte, ist teils darauf zurückzuführen, dass der heftige Graphitbrand große Teile der Radioaktivität direkt und hoch in die Atmosphäre hinauf beförderte sowie der Wind vor der Evakuierung größerer Städte wie Prypjat weitgehend in Richtung bevölkerungsschwächerer Regionen blies.

In einer Brennelemente-Fabrik in Tōkai-mura (Japan) befüllten Arbeiter einen Vorbereitungstank mit 16,6 kg Urangemisch (statt der vorgeschriebenen 2,3 kg). Daraufhin setzte eine unkontrollierte Kettenreaktion ein und Strahlung trat aus. Die Zahl der Menschen, die erhöhte Strahlendosen erhielten, wird mit 35 bis 63 angegeben. Drei Arbeiter waren einer besonders hohen Dosis von bis zu 20 Sievert ausgesetzt. Ca. 300.000 Anwohner wurden aufgefordert, ihre Häuser nicht zu verlassen. Dieser Unfall wird von offizieller Seite mit INES 4, von einigen Wissenschaftlern aber mit INES 5 bewertet. Der Arbeiter Hisashi Ōuchi, der einer Strahlendosis von mutmaßlich 16 bis 20 Sievert ausgesetzt war, verstarb am 21. Dezember 1999 im Alter von 35 Jahren an Leberversagen. Am 27. April 2000 verstarb mit Masato Shinohara (40) ein weiterer Arbeiter nach langer Krankheit. Er war vermutlich einer Strahlung von 6 bis 10 Sievert ausgesetzt.

Aufgrund von Schäden bei der Stromversorgung und an den Kühlsystemen, die durch das große Tōhoku-Erdbeben vom 11. März 2011 und den folgenden Tsunami verursacht wurden, kam es in drei Reaktoren und zwei Abklingbecken des Kernkraftwerks Fukushima-Daiichi (Fukushima I) zur Überhitzung der Brennelemente. Es ereigneten sich mehrere Explosionen: In Block 1 am 12. März, in Block 3 am 14. März und in den Blöcken 2 und 4 am 15. März. Bei diesen Explosionen wurden bei Block 1 und 3 die äußeren Gebäudehüllen stark beschädigt und radioaktives Material freigesetzt. Zudem brachen in den Blöcken 3 und 4 mehrere Brände aus und setzten große Mengen radioaktiver Stoffe frei. Zur behelfsmäßigen Kühlung wurde in die Reaktorkerne von Block 1, 2 und 3 zunächst Reinwasser, dann mit Borsäure versetztes Meerwasser und schließlich wieder Reinwasser gepumpt. Auch in die betroffenen Abklingbecken wurde Wasser von außen her nachgeführt.

Von der japanischen Regierung wurden in mehreren Schritten Evakuierungsmaßnahmen mit einem Radius von zuletzt 20 km angeordnet, von denen zunächst etwa 80.000 Menschen betroffen waren; in einem Umkreis von 30 km wurde den Bewohnern empfohlen, sich nicht ins Freie zu begeben (dies betraf 200.000 Menschen) und Fenster und Türen geschlossen zu halten; die USA empfahlen wenige Tage nach der ersten Explosion eine Evakuierungszone von 80 km, davon wären ca. 2 Mio. Menschen betroffen gewesen. Später wurde aufgrund gemessener Bodenkontamination ein weiterer Bereich bis 30 km im Nordwesten des Werks evakuiert.

Die Ereignisse in den Blöcken 1 bis 3 wurden von der Japanischen Atomaufsichtsbehörde (NISA) am 18. März 2011 vorläufig der Stufe INES: 5 zugeordnet, am 12. April 2011 jedoch auf die höchstmögliche Stufe INES: 7 hochgestuft. Erhebliches Interesse der nationalen und internationalen Medien inkl. Filmmaterial der Explosionen in zwei Reaktorgebäuden sowie eine höhere Einstufung durch ausländische Einrichtungen hatten die japanische Regierung zuvor unter Zugzwang gesetzt.

Der Kraftwerksbetreiber Tepco räumte schließlich ebenfalls sogenannte „teilweise Kernschmelzen“ in den Reaktoren 1 und 3 ein, später auch in Reaktor 2.