9 сентября Курчатов написал Хлопину, что ему надо от 500 до 1000 граммов чистого металлического урана для изучения возможности возникновения цепной реакции в уране-238. Немного позднее он написал ему снова, спрашивая, когда металлический уран может быть получен и какие меры следовало бы предпринять, чтобы ускорить дело.
Отметим, что в планах ленинградских физиков того времени не было и намека на исследования по атомной бомбе. Они, конечно, понимали, что деление ядер может быть использовано в военном деле, но основной их интерес в то время состоял в том, чтобы установить, действительно ли возможна цепная реакция, а не в том, чтобы достигнуть какой-либо практической цели.
Будущее ядерных исследований явилось предметом «весьма оживленной» дискуссии на 5-й Всесоюзной конференции по ядерной физике, которая состоялась в Москве 20–26 ноября 1940 года. В ней приняло участие около двухсот ученых. Игорь Курчатов прочитал основной доклад о делении атомного ядра, в котором проанализировал успехи в этой области, достигнутые в предыдущем году, и особо остановился на проблематике цепной реакции. Самое важное – физик представил таблицу, в которой сравнил требуемые количества урана и тяжелой воды с имеющимися их мировыми запасами: 500 килограммов обогащенного урана против нескольких граммов, 15 тонн тяжелой воды против 500 килограммов, накопленных в лабораториях. По своему тону доклад Курчатова был сдержанным и трезвым, но в нем указывалось на необходимость принятия «чрезвычайных мер», если потребуется получить цепную реакцию.
Дискуссия физиков началась во время перерыва. Основной вопрос заключался в том, достаточно ли известно о цепных реакциях, чтобы оправдать средства, необходимые для серьезных работ по разделению изотопов, получению необходимых количеств урана-235 и производству тяжелой воды. После перерыва академик Хлопин вернулся на сцену и заявил, что пришел к выводу о преждевременности «чрезвычайных мер»: в Европе идет война и деньги нужны для других целей. Он сказал, что необходимо поработать еще как минимум год в лабораторных условиях и только тогда решить, есть ли основания обращаться к правительству и запрашивать несколько миллионов для строительства экспериментального уранового реактора. Курчатов, по-видимому, приготовил записку, в которой просил правительство об увеличении средств, но заявление Хлопина исключало такой ход.
30 ноября, через четыре дня после окончания конференции, Урановая комиссия собралась, чтобы заслушать отчет Александра Ферсмана об экспедициях, которые той же осенью вели разведку урановых месторождений в Средней Азии. Ферсман обрисовал довольно мрачную картину. Через три-четыре года можно будет добывать 10 тонн урана в год, если будет построен рудник. Однако создание сырьевой базы потребует значительных капиталовложений, а потребность в уране для получения атомной энергии может быть оценена лишь приблизительно. Поэтому Ферсман предложил, чтобы были учтены потребности и других отраслей, в которых может быть использован уран, то есть металлургии, красильной и фармацевтической промышленности.
Параллельно Яков Зельдович и Юлий Харитон продолжали изучать условия возникновения цепной реакции. В ходе исследований они поставили тот же вопрос, который был поднят годом ранее Отто Фришем и Рудольфом Пайерлсом: если предположить, что у вас есть достаточно чистого урана-235, то какова должна быть его критическая масса, чтобы вызвать цепную реакцию? Так же как и предшественники, они исходили из допущения, что в уране-235 почти каждое столкновение нейтрона с ядром урана приводит к делению. Вместе с сотрудником Радиевого института Исаем Израилевичем Гуревичем они подсчитали величину критической массы для цепной реакции на быстрых нейтронах в куске чистого урана-235, окруженного отражателем нейтронов. В статье, представленной весной 1941 года в журнал «Успехи физических наук», они бегло сослались на эти расчеты: «Для осуществления цепного деления урана с выделением огромных количеств энергии достаточно десятка килограммов чистого изотопа урана-235». Статья не была опубликована из-за начавшейся войны, а потом ее засекретили – в итоге она увидела свет через сорок лет, когда изложенные в ней данные стали общеизвестны. Полученная советскими физиками оценка (10 килограммов) была на порядок выше той, которую сделали британские коллеги (1 килограмм), но разница невелика в сравнении с более ранними оценками, согласно которым нужны были тонны урана-235. Помимо прочего, Зельдович и Харитон высказали несколько соображений, касающихся инициирования атомного взрыва, и подсчитали, что, если блок урана-235 будет сжат с помощью обычной взрывчатки, может начаться цепная реакция.
Урановая комиссия продолжала свою работу, а исследования проводились широким фронтом, но без особой интенсивности. Поскольку было понятно, что именно уран-235 является делящимся изотопом, интерес к методам разделения изотопов начал возрастать. У советских физиков наибольшей популярностью пользовались два метода: термодиффузия и центрифуга. Многие ядерщики, однако, полагали, что эти методы не очень перспективны для осуществления разделения в промышленных масштабах, потому что процесс разделения потребовал бы затрат такого же количества энергии, которое могло быть получено за счет деления урана-235. К примеру, харьковский физик Владимир Семёнович Шпинель считал, что использование диффузионных методов для разделения изотопов тяжелых элементов очень непроизводительно и что для этих целей подошла бы центрифуга. Исследовались и другие методы. Так, Игорь Курчатов поручил Льву Арцимовичу начать в институте Иоффе эксперименты с электромагнитным методом разделения изотопов, а в Радиевом институте изучали возможность разделения с помощью линейного ускорителя.
Однако работа Урановой комиссии была затруднена двумя обстоятельствами. О первом академик Вернадский записал в своем дневнике так: «Рутина и невежество советских бюрократов». Второе препятствие заключалось в напряженности отношений, сложившихся между группой Вернадского и физиками. Отчасти неприязнь коренилась в давнем соперничестве за скудные ресурсы, но она отражала и разногласия, связанные с тем, чему отдавать приоритет: теории ядра или разведке урана. 16 мая 1941 года Вернадский записал содержание разговора, который состоялся у него с одним из вице-президентов Академии наук: «Между прочим я ему указал, что сейчас обструкция в физиках (Иоффе, Вавилов – я не называл лиц). Они направляют усилия на изучение атомного ядра и его теории, и здесь (например, Капица, Ландау) делается много важного, но жизнь требует направления рудно-химического».
Хотя соперничество между группой Вернадского и физиками было достаточно острым, физики никогда не позволяли себе обращаться к «сталинским» методам ведения дискуссии: не было обвинений в саботаже, вредительстве или антимарксизме. Все эти люди были слишком преданы науке, чтобы прибегать к помощи репрессивного аппарата.
22 июня 1941 года немецкие войска вероломно пересекли советскую границу. Началась Великая Отечественная война.
На следующий день президиум Академии наук собрался на внеочередное заседание, на котором ученые говорили о своем желании отдать всю свою энергию и способности делу обороны от немецко-фашистских захватчиков. Несколько ведущих химиков отправили Иосифу Сталину письмо, предлагая создать новую организацию для перевода науки на «военные рельсы». Их практически сразу вызвали на встречу к Вячеславу Михайловичу Молотову, который поддержал инициативу. 10 июля был образован Научно-технический совет, в который вошли ведущие академики (среди них были Иоффе, Капица и Семёнов). Его председателем стал Сергей Васильевич Кафтанов – глава Комитета по делам высшей школы и уполномоченный Государственного комитета обороны по науке. На совет возлагалась ответственность за организацию в научных учреждениях работ для нужд обороны и оценку научно-технических предложений. Вначале совет имел дело с химией и физикой, но потом расширил свою деятельность, включив в круг решаемых вопросов геологию и другие области знаний.