Эрнст Лоуренс и Стэнли Ливингстон изобрели низковольтный магниторезонансный ускоритель, или циклотрон, который они продемонстрировали в Калифорнийском университете (Беркли) в 1931 году. Советские физики тоже создавали различные ускорители, основанные на этих конструкциях, для изучения физики ядра.
УФТИ сначала оказался впереди, построив к концу 1932 года высоковольтные разрядные трубки и трансформаторы Тесла на 1,7 МэВ. В 1932 году харьковские ученые вслед за Резерфордом расщепили ядро лития. В следующем году Курчатов и Алиханов начали работу над небольшим циклотроном в Ленинграде. В 1934 году это был единственный циклотрон, действующий вне лаборатории Лоуренса.
Впрочем, по разным причинам он долгое время не работал, и на нём было проведено мало экспериментов. В 1936 году начал работать более крупный по размеру (но все ещё с небольшой энергией) циклотрон в соседнем Радиевом институте. Кроме того, в лаборатории Курчатова уже работал линейный ускоритель конструкции Кокрофта-Уолтона. В сентябре 1936 года приступил к конструированию большого циклотрона и ЛФТИ.
В декабре 1938 года, в Берлине, Отто Ганом и Фрицем Штрассманом было открыто явление деления ядер урана. Эти опыты были повторены в Ленинграде, который стал ведущим центром СССР по изучению деления ядер, причём инициатором был Курчатов [25]. К этому времени Курчатов координировал исследования не только в своей лаборатории, но и среди учёных работавших в Радиевом институте и в Институте химической физики, где директором был H.H. Семёнов, а также в других институтах. В 1938 году половина ведущих сотрудников УФТИ была арестована по ложному обвинению. И хотя многие из них были освобождены в течение года и принимали участие в обсуждениях теории деления ядер в период 1939-42 годов, их временный арест все же ослабил институт на критическом этапе разработки основ ядерной физики [25].
В 1939 году в Москве было проведено совещание, посвящённое исключительно проблемам ядерной физики. В этом же году А.И. Бродский опубликовал статью по разделению изотопов урана, а Игорь Курчатов и Яков Френкель предложили теоретическое объяснение процесса деления уранового ядра одновременно с Нильсом Бором, Джоном Уиллером (США) и Отто Фришем (Англия).
16-17 апреля 1940 года в Москве прошла всесоюзная конференция по изотопам, где был представлен доклад о промышленном производстве тяжёлой воды. В начале 1940 года двое младших коллег Курчатова -Георгий Флеров и Лев Русинов установили, что при каждом делении ядро урана испускает от двух до четырёх нейтронов. Эго означало, что выделившиеся после захвата нейтрона ядром, в момент распада массы ядра на два осколка, нейтроны деления могут вызвать деление других ядер урана, т.е. создать цепную реакцию деления урана. В этом же году Г еоргий Флёров и Константин Петржак, работавшие под непосредственным руководством Курчатова. открыли явление спонтанного (самопроизвольного) деления урана. Вдохновенные этими результатами, Курчатов и его сотрудники написали письмо в президиум Академии наук, настаивая на расширении работ по делению ядер. Обстановка требовала энергичных действий, т.к. за границей уже начался настоящий ажиотаж по поводу проектов применения ядерной энергии. К этому времени французский ученый Ф. Перрен рассчитал, что шар из семи тонн урановой окиси обеспечит самоподцерживающуюся ядерную реакцию, от которой шар нагреется или, быть может, взорвется [20]. Кроме того, в конце 1939 и в начале 1940 года два физика из Института химической физики - Яков Зельдович и Юлий Харитон исследовали условия возникновения в уране цепной реакции, и пришли к заключению, что такую реакцию можно получить в эксперименте [26].
