Вторым делящимся веществом являлся плутоний-239. В своих воспоминаниях В.С. Емельянов рассказывал о технических сложностях, возникавших при исследовании физических свойств плутония, – временного сопротивления, поперечного сжатия, ударной вязкости и др. При всем том в распоряжении металлургов находилась только крупица плутония. Академик И.И. Черняев, получив от Курчатова задание, сказал: «Я думал, что самая маленькая вещь на свете – комариный нос, а вы хотите получить от меня пипетку, чтобы мистоль (капли. – Прим. ред.) комару в нос пускать?!» И.В. Курчатов воскликнул при этом: «Правильно, Илья Ильич, вы прекрасно поняли задачу. Вот именно такая пипетка нам и нужна!»
И представьте себе, Институт общей и неорганической химии эту немыслимую задачу решил. С привлечением многих ученых из различных институтов ЛИПАН решал задачи, преодолевая все препятствия, проводя очень много экспериментов. Во многих из них Курчатов участвовал сам.
И.В. Курчатов в период организации ЛИПАН занимался и физическими, и химическими, и инженерными исследованиями, конструируя даже отдельные элементы. В ЛИПАН он привлек крупных теоретиков – Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука, С.Л. Соболева и др. Теоретики и экспериментаторы взаимно обучались будущей ядерной технике. Теоретические и расчетно-оценочные работы велись с чрезвычайной интенсивностью.
Основной задачей ЛИПАН И.В. Курчатов считал проведение исследований, которые позволили бы осуществить цепную реакцию в ядерном реакторе на медленных нейтронах с наработкой плутония-239, и получение изотопов урана-235, т. е. главных делящихся веществ. В таком реакторе он наметил использовать природный уран, без всякого обогащения, ибо метод промышленного разделения изотопов и получения высокообогащенного изотопа урана-235 был только в проекте. Все работы, связанные с сооружением ядерного котла (реактором его стали называть значительно позднее), Курчатов взял на себя, разделение изотопов природного урана диффузионным методом поручил Кикоину, а электромагнитным методом – Арцимовичу.
1943 и 1944 гг. ушли на организацию и создание лабораторий в ЛИПАН, на подготовительные работы, комплектацию научного коллектива. Правительство помогало, но только в определенной мере, через Первухина, который, будучи наркомом химической промышленности, был полностью загружен работами по восстановлению разрушенных войной заводов. Да и дело с созданием ядерного оружия было в начальной стадии, и правительство не очень было уверено в ближайшем успехе и в необходимости вмешательства. В военной обстановке ему своих забот хватало с избытком. Центр – ЛИПАН – был создан, ученые работали, такую возможность им предоставили, а дальнейшее – жизнь покажет.
В качестве замедлителя нейтронов в реакторе могли быть применены графит, тяжелая вода, бериллий, обычная вода и др. Предпочтение Курчатов отдал графиту, так как других веществ в больших количествах в те годы получить было невозможно. Для сооружения исследовательского реактора, не промышленного, поскольку сначала надо было убедиться в получении цепной ядерной реакции на реакторе малой мощности, требовалось несколько десятков тонн природного урана, а его в стране добывалось мало, поскольку ранее в нем не было необходимости. И тогда по просьбе Курчатова 8 декабря 1944 г. ГКО принял решение о создании в Средней Азии крупного уранодобывающего предприятия на базе месторождений Таджикистана, Киргизии и Узбекистана. Организация и руководство этим предприятием были поручены НКВД СССР, его 9-му управлению, которое подчинялось заместителю наркома внутренних дел А.П. Завенягину. Автор книги «Маршал индустрии» Ю.Н. Елфимов описывает, как Завенягин был привлечен к решению задачи добычи урановой руды. В кабинете И.В. Сталина состоялся такой диалог: «Товарищ Завенягин, Вы металлург и горняк. Вам известно что-либо о запасах урана?» Завенягин ответил, что ему ничего не известно в отношении урановых руд. Задание Сталина было кратким: «Необходимо найти урановые руды и немедленно начать добычу». Там же, в кабинете Сталина, состоялось знакомство А.П. Завенягина с И.В. Курчатовым.
Первые технические условия на изготовление пероксида-оксида урана и металлического урана для исследовательского реактора Ф-1 были выданы Курчатовым в ноябре 1944 г. В технических условиях были установлены жесткие требования по химическому составу, при которых допускалась минимальная сумма примесей в металле и оговаривалось предельное содержание ряда вредных элементов, загрязняющих уран.