Оставалось выбрать замедлитель нейтронов. До войны Курчатов, подобно немецким и французским физикам, ориентировался на тяжелую воду. Ни немцы во время войны, ни французы после войны не изменили своей привязанности к тяжелой воде. Американцы же, как мы знаем, предпочли графит. Курчатов решил испытать оба замедлителя. Один из секторов Лаборатории № 2 — вскоре он выделился в самостоятельную лабораторию, руководимую академиком А. И. Алихановым, а ныне это Институт теоретической и экспериментальной физики — конструировал тяжеловодный реактор. Сам Курчатов, помимо научного руководства всеми ядерными работами в стране, оставил за собой создание реактора с графитовым замедлителем.
Это было невероятно трудно — направлять и координировать научные и промышленные разработки общегосударственной ядерной программы, давать задания институтам, проектировщикам, производственникам, контролировать их выполнение и одновременно вести еще свое, личное, неохватно важное и чрезвычайно сложное исследование, призванное разжечь цепную реакцию деления урана в уран-графитовой массе. Но хотя Курчатов нес на своих плечах основную тяжесть ответственности за советскую ядерную программу, и на всех ее исследованиях лежит отпечаток его интеллекта, знаний и устремлений, тем не менее среди необычайного многообразия гигантских по сложности и широте дел работа над уран-графитовым реактором выделяется особо: в нее замечательный ученый вложил всю свою душу.
Новоорганизованной Лаборатории № 2 предоставили в Замоскворечье часть помещения эвакуированного из Москвы Сейсмологического института. Здесь в 1943 году и начались эксперименты с ураном и графитом. Еще было неясно, сколько понадобится того и другого, но теоретики предсказывали, что необходимы сотни тонн графита и десятки тонн урана, причем еще невиданной в промышленности чистоты. Наивыгоднейшая геометрия реактора, по их заключению, — бочкообразная масса графита, в которую в строгом порядке вставлены урановые стержни. Таковы были предварительные расчеты. Уточнить их мог только эксперимент.
Методика эксперимента как будто проста — выкладывать слой за слоем гигантскую бочку из графитовых кирпичей, размещая в каждом слое цилиндрики металлического урана, и определять, как идет размножение нейтронов, вырывающихся из ядер при делении, как они замедляются в графите, сколько их поглощает сам графит… Но это требовало слишком много времени: производственники еще только налаживали технологию сверхчистых материалов в том количестве, какое нужно было для опытов, обещали давать их лишь через несколько лет. Сидеть сложа руки в ожидании Курчатов не мог. Он решил выкладывать из графита узкую высокую призму и, пренебрегая пока вылетом нейтронов через ее боковые стенки, определять динамику их поглощения вдоль длинной оси. Это позволило надежно установить, как пойдет потом замедление и поглощение нейтронов во всей массе реактора. Призмы сыграли и другую важную роль — помогли проконтролировать качество поступающего в лабораторию графита.
В 1944 году Лаборатория № 2 получила в свое распоряжение трехэтажное здание и несколько вспомогательных построек в Покровском и Стрешневе, а также обширное пустое поле вокруг. Места, чтобы развернуться, теперь хватало. Неподалеку от основного здания раскинули большую армейскую палатку — «брезентовую лабораторию», как ее шутливо назвали. Здесь смонтировали все ту же графитовую призму, и каждая новая партия графита проходила придирчивую проверку на ядерную чистоту.
Количество реакторного графита постепенно накапливалось — с окончанием войны промышленность освоила его производство. На заводе, специально оборудованном для плавки урановых руд, получили и сверхчистый металлический уран. Можно было приступать к строительству уран-графитового реактора.
В отдалении от главного корпуса и «брезентовой лаборатории» появилось неприметное кирпичное строение высотой чуть больше восьми метров, длиной — сорок, шириной — пятнадцать. По виду небольшой механический цех. Мало что говорило непосвященным и его безобидное название — «Монтажные мастерские». Но стоило пройти через широкие, обычные для производственных помещений ворота — правда, их никогда не держали открытыми, — или через дверь, охраняемую вооруженным караульным, — и взгляду открывался просторный зал с глубоким квадратным котлованом размерами десять на десять и высотой семь метров. По проекту котлован намечался еще глубже, но обильно хлынувшие на восьмом метре подпочвенные воды внесли свой корректив. Этот котлован и был рабочим помещением уран-графитового реактора.