Курчатов и Александров договорились с Туполевым создать «Летающую атомную лабораторию» на основе самолета Ту-95. В декабре 1955 года для разработки реактора в программу создания самолета-лаборатории для выполнения программы исследований по защите от ядерного излучения в авиационных условиях включились КБ генеральных конструкторов А. Н. Туполева, Н. Д. Кузнецова, А. С. Абрамова. Закипела работа по созданию экспериментального самолета с атомной установкой на борту самолета-лаборатории. Необходимо было сконструировать транспортабельный реактор, разборная защита которого позволяет образовывать коллимированные (узконаправленные) потоки излучения нейтронов и γ-лучей, разработать методику и аппаратуру для выполнения физических измерений. Важно было обеспечить радиационную безопасность экипажа без превышения допустимого веса самолета Ту-95. Надлежало гарантировать нормальную работу самолетных приборов и всего бортового оборудования во избежание аварии в полете, создать необходимые условия для проведения эффективных исследовательских работ по разработанной программе.
Основой летной лаборатории стал легководный, очень компактный реактор, мощность которого составляла около 100 кВт. Реактор весом около тонны был скомпонован конструкторским бюро Н. Д. Кузнецова в виде отдельного агрегата в цилиндрическом стальном корпусе, связанного с самолетными системами только электрически.
Быстро решались сложные и не свойственные авиаторам вопросы. Одновременно они познавали азы радиационной физики, а свойственная им техническая и технологическая культура позволяла безошибочно решать сложнейшие атомные задачи. Был создан наземный стенд «Летающей атомной лаборатории» (ЛАЛ, в обиходе «Ласточка»). Курчатов внимательно следил за ходом проектирования экспериментального самолета и был доволен устройством и экспериментальными возможностями разработанной летной атомной установки.
Сведения о подобных работах и о полетах самолета с реактором на борту в США появились в 1956 году. Но информации о конструктивном решении самолета с реакторной установкой у нас не было. Первые неполные публикации об американском самолете с экспериментальным реактором на борту появились в 1958 году, когда проектирование ЛАЛ было уже закончено и шла работа по ее сооружению.
ЛАЛ стала аппаратом, с помощью которого реактор-излучатель и измерительная аппаратура поднимаются на любую допускаемую самолетом высоту. Создание такого самолета-лаборатории потребовало решить целый ряд сложных инженерных и физических задач. Как источник нейтронов и γ-излучений, специально созданный реактор являлся физически подобным работающему в институте реактору ВВР-2. Он был детально изучен и вполне удовлетворял требованиям экспериментов на ЛАЛ и в условиях наземного стенда.
Тщательная конструкторская и экспериментальная отработка атомной установки до степени достижения минимальных весов и габаритов обеспечила возможность создания ЛАЛ на базе наземного, хорошо проверенного при испытаниях атомного оружия самолета Ту-95. Все исследования на реакторной установке ЛАЛ и наземном прототипе велись несколько лет.
В итоге многочисленных проработок был выбран оптимальный вариант с раздельной слоистой защитой вокруг реактора весом ~15 тонн и в виде теневого экрана на кабине пилотов весом ~ 9 тонн. Предусмотрели возможность наземного обслуживания самолета без удаления реактора.
Первые полеты ЛАЛ состоялись в 1961 году. Их предваряла программа исследований с использованием наземного аналога с такой же ядерной установкой. Ее начали выполнять с лета 1960 года после проведенного в конце 1959 года под руководством А. П. Александрова физического пуска реактора. В итоге выполненных с помощью ЛАЛ работ были получены важные результаты: создан и эксплуатационно проверен первый в СССР самолет с реактором на борту; изучено рассеяние нейтронов и γ-лучей в атмосфере конструкцией самолета и землей, влияние высоты, плотности воздуха и облачности; получено угловое и спектральное распределение потоков нейтронов и γ-лучей, что было важно знать для расчетов по защите летательных аппаратов с ядерными установками, для их аэродромного обслуживания; накоплен опыт по эксплуатации самолета с ядерным реактором; получены данные по влиянию излучения на работу специальных и самолетных систем на радиосвязь; накоплен опыт по радиационной защите авиационных установок с ядерным реактором; получен опыт работы с ядерным реактором в аэродромных условиях, что должно способствовать более непредвзятому реалистическому отношению к проблеме использования ядерной энергии в авиации и космонавтике.