Основная научно-исследовательская работа по американскому проекту «Манхэттен» была сосредоточена в Лос-Аламосе (штат Невада). Под научным руководством профессора Роберта Оппенгеймера к этому времени по проблеме ядерной энергии уже действовали исследовательские институты с многотысячными коллективами и несколькими ускорителями. К работам была привлечена большая группа беженцев из Германии и других европейских государств, а также английских физиков, работавших в комитете «Мод», в числе которых был и упомянутый выше Клаус Фукс, работавший на советскую разведку. Среди них было множество всемирно известных ученых: А. Эйнштейн, Н. Бор, А. Комптон, Э. Ферми, Д. Франк, Э. Лоуренс, Г. Юри, X. Бете, Э. Сегре, Дж. Чедвик, Г. Сиборг, Р. Фейнман, О. Чемберлен, Э. Вигнер, Л. Сциллард, Э. Теллер, Ф. Моррисон, Ф. Зейц, Э. Кондон, И. Лэнгмюр, X. Шепли, Г. Янг. В работе над проектом объединились англичане, немцы, итальянцы, венгры и даже русский, хорошо знакомый Курчатову талантливый физик-ядерщик Георгий Гамов, с 1933 года живший в США. Число привлеченных научных работников достигло в 1943 году семисот человек. Заказы Манхэттенского проекта были размещены в передовых отраслях промышленности США и знаменитых фирмах («Дюпон», «Дженерал электрик», «Юнион карбайд» и др.) [412] , на него тратились огромные финансовые средства. При этом в США и Великобритании никто не опасался, что атомную бомбу может создать Советский Союз, напрягавший все силы и средства в борьбе с фашизмом. Основная угроза усматривалась со стороны Германии, что и стало главной движущей силой развернувшихся работ.

Между тем в Советском Союзе мало кто даже из посвященных в атомный проект верил в возможность создания ядерного оружия в течение ближайших лет. Летом и осенью 1942 года страна находилась в наиболее тяжелом военном и экономическом положении за весь период войны. Многие научные институты и лаборатории работали в примитивных условиях эвакуации. Имена предполагаемых участников атомного проекта были на тот момент известны только Курчатову и узкому кругу специалистов. Некоторые из них, как, например, Г. Н. Флеров, К. А. Петржак, И. С. Панасюк, Г. Я. Щепкин, находились в действующей армии, многие трудились на военных заводах, в различных НИИ и других учреждениях. А главное, страна еще не располагала ни научной, ни тем более материально-технической базой для решения столь грандиозной задачи.

Тем не менее 11 февраля 1943 года ГКО принял окончательное решение о создании атомного оружия. Распоряжением № 2872сс «О дополнительных мероприятиях в организации работ по урану» [413] работам придавалось военно-стратегическое значение, что определило главную задачу — изготовление ядерного оружия как средства защиты страны и обеспечения ее безопасности. Позже Курчатов выразился на этот счет так: «Советские атомники… много лет упорно и беззаветно трудились сначала над созданием, а затем над совершенствованием атомного и водородного оружия, хорошо понимая, что над государством нависла угроза и что если мы не будем иметь такого оружия, то найдутся силы, которые будут стремиться поставить на колени нашу прекрасную Родину» [414] . Это постановление подписано заместителем председателя ГКО В. М. Молотовым, которому еще в сентябре 1942 года Сталин поручил общее руководство атомным проектом. Научное руководство работами ГКО возложил на Курчатова. Комитет обязал правительство СССР (персонально зампреда Совнаркома СССР и наркома химической промышленности М. Г. Первухина) постоянно оказывать ему необходимую и всемерную помощь и поддержку. На уполномоченного ГКО по научной работе С. В. Кафтанова были возложены повседневный контроль за текущим ходом работ и их поддержка. Таким образом, Курчатов изначально был поставлен правительством СССР в особое положение.

В целях более успешного развития работ, концентрации руководства ими в одном научном центре было решено основать в Москве, на базе созданной в сентябре 1942 года спец-лаборатории в Казани, новую лабораторию. В связи с этим Президиуму АН СССР предписывалось перевести группу сотрудников специальной лаборатории атомного ядра из Казани в Москву [415] . Начальником (директором) Лаборатории № 2 АН СССР в соответствии с распоряжением по АН СССР от 10 марта 1943 года № 122 был назначен Курчатов [416] . Продолжая формально оставаться в штатах Академии наук, новая лаборатория и ее руководитель фактически подчинялись ГКО. С курировавшим ее деятельность Первухиным у Курчатова уже наладилось деловое взаимодействие при решении сложных организационных и финансово-экономических вопросов. В соответствии с одним из распоряжений Курчатов должен был до 1 июля 1943 года провести необходимые исследования, подготовить и представить в ГКО к 5 июля 1943 года доклад о возможности и сроках создания урановой бомбы или уранового топлива [417] . 7 марта Курчатов направил Первухину свои выводы и заключения по материалам разведки, относящимся к английским урановым исследованиям. Он писал, что полученные разведкой данные «имеют громадное, неоценимое значение для нашего государства и науки. С одной стороны, этот материал показал серьезность и напряженность работы в Англии по проблеме урана, с другой — дал возможность получить весьма важные ориентиры для нашего научного исследования, миновать многие весьма трудоемкие фазы разработки проблемы и узнать о новых научных и технических путях их решения» [418] .

Детально анализируя содержание материалов, Курчатов разбил их на три части. В первой, относящейся к проблеме разделения изотопов, он сделал вывод, что на ее основе можно, «минуя исходную стадию, начать у нас новое, очень важное направление в решении проблемы разделения изотопов» [419] . По второй части, касающейся проблемы ядерного взрыва и горения, Курчатов внес очень важные замечания об использовании в качестве материала для бомбы элемента с массовым числом 239, который должен быть получен в урановом котле в результате поглощения нейтронов ураном-238 [420] . В третьей части, рассматривая физику процесса деления, он отметил, что на Западе подтверждено существование спонтанного деления, открытого еще в 1940 году в Ленинграде его дипломниками Флеровым и Петржаком. Курчатов подчеркнул, что из-за спонтанного деления невозможно держать весь «бомбовый заряд урана» как единое целое. В заряде уран должен быть разделен на две части, которые в момент взрыва должны соединиться с относительно высокой скоростью. «Этот способ приведения урановой бомбы в действие… для советских физиков также не является новым, — писал Курчатов. — Аналогичный прием был предложен нашим физиком Г. Н. Флеровым; им была рассчитана необходимая скорость сближения обеих половин бомбы, причем полученные результаты хорошо согласуются с приведенными в материале» [421] .

В следующей записке Первухину (от 22 марта 1943 года) Курчатов, анализируя опубликованные в последние годы за границей материалы по ядерным исследованиям, сообщает свои выводы об открывшейся возможности создать новое направление в решении урановой проблемы: «Я внимательно рассмотрел последние из опубликованных американцами в „Физикэл Ревью“ работ по трансурановым элементам (эка-рений-238 и эка-осмий-239), — пишет он, — и смог установить новое направление в решении всей проблемы урана — направление, обусловленное особенностями трансурановых элементов». Этот путь к бомбе имел бы смысл только в том случае, если бы эка-осмий-239 был действительно аналогом урана-235. Курчатов писал, что советские ученые не будут иметь возможности изучить свойства эка-осмия до лета 1944 года, когда будут восстановлены и запущены имеющиеся в стране циклотроны [422] .

В процессе анализа разведданных и опубликованных на Западе материалов, а также всех исследований по ядерной физике отечественных лабораторий и ЛФТИ Курчатов корректирует свои ранее сложившиеся взгляды по ряду вопросов и определяет три новых направления в исследованиях: разделение изотопов; цепная реакция в смеси с тяжелой водой; изучение характеристик элемента 94 (плутония). Он при этом считает, что с учетом опыта работы на Западе для решения урановой проблемы в Советском Союзе потребуется значительно меньше времени, нежели до этого предполагали наши ученые.

Предложения Курчатова, изложенные в двух записках 1943 года в Совнарком СССР на имя Первухина, положили начало практическим работам по советскому атомному проекту [423] . Курчатов объяснил представителю правительства Первухину суть ключевых задач и огромных трудностей, с которыми физики встретились впервые. Он особо подчеркнул невероятную сложность технического решения урановой проблемы, отмечая, что для осуществления и развития цепной реакции («лавинного процесса») необходимо иметь хотя бы несколько килограммов чистого урана 235, тогда как всеми лабораториями мира удалось пока выделить всего лишь «одну миллионную грамма этого вещества». Свое мнение о том, что все технические трудности рано или поздно будут преодолены и человечество получит в свое распоряжение новый мощный источник энергии, Курчатов выразил оптимистично и уверенно [424] .