Следующий крупный шаг к секретам атомного ядра сделали в декабре 1938 года немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман. Бомбардируя ядра урана нейтронами, они открыли, что ядра урана расщепляются на ядра элементов бария, который имеет массу ядра равную почти половине массы ядра урана. Ожидая совсем иного результата — получения нового элемента с большей массой ядра, ученые долго не могли поверить в свое открытие. Позже Ган вспоминал: «После того как статья была отправлена по почте, все это показалось мне столь невероятным, что захотлось вернуть статью из почтового ящика.» Открытие Гана и Штрассмана прямо указывало на возможность использования ядерной энергии, которая оказалась столь велика, что во много крат превосходила энергию всех извстных химических реакций.
10 апреля 1939 года советские ученые Георгий Флеров и Лев Русинов сделали сообщение о том, что при расщеплении ядра урана испускается от одного до трех нейтронов. Через 12 дней подобное сообщение сделал Жолио-Кюри, но он оценил среднее число испускаемых нейтронов в 3,5. В настоящее время эта цифра определена как 2,5. Эти сообщения подтвердили возмозжность осуществления цепной ядерной реакции в уране.
В начле 1940 года советские ученые Г.Флеров и Константин Петржак открыли спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана. Чтобы исключить влияние космических лучей на резльтаты экспериментов, ученые проводили их глубоко под землей в московском метро. Это открытие было важным для конструирования ядерных бомб и атомных реакторов, так как нейтроны спонтанного деления вносили заметный вклад в развитие цепной ядерной реакции.
Таким образом, к концу тридцатых годов мировая наука приблизилась к пониманию многих самых существенных явлений необходимых для осуществления цепной ядерной реакции в уране. Большинство ученых сходились в следующем:
— Если реакция мгновенная (взрыв), то должна быть обеспечена критическая масса урана-235 и достаточно интенсивный источник нейтронов. Нейтроны вызовут расщепление части ядер урана, те, в свою очередь, испустят более чем по одному нейтрону и расщепят еще большее количество ядер, реакция будет нарастать и закончится взрывом.
— Для мирного использования атомной энергии в реакторе необходим природный или слегка обогащенный изотопом 235 уран в виде стержней, между которыми находится замедлитель нейтронов, например, тяжелая вода. Между урановыми стержнями должны располагаться стержни из материала, хорошо поглащающего нейтроны, чтобы с их помощью можно было поддерживать цепную реакцию на заданном уровне. Если в реактор внести источник нейтронов, то они будут замедлены слоем замедлителя, что увеличит их эффективность в ядерной реакции, при делении ядер урана возникнут новые нейтроны, но их число будет контролироваться регулирующими стержнями, так что выделение энергии в реакторе можно удержать на заданном уровне.
