В Радиевом институте Курчатов работал с 1935 по 1940 год вначале консультантом, а затем заведующим физическим отделом и циклотронной лабораторией. Чтобы ближе познакомиться с работой этого единственного в СССР в то время циклотрона и овладеть необходимой техникой, он весной 1937 года перешел работать в РИАН по совместительству один раз в неделю. А с 1 апреля 1939 года Президиум АН СССР утвердил его в должности заведующего физическим отделом РИАНа (также по совместительству). В этой должности он фактически работал до 17 января 1941 года[169]. Приход Курчатова в РИАН изменил положение с наладкой циклотрона — постепенно Игорь Васильевич добился его устойчивой и регулярной работы. Первые ускоренные частицы на нем удалось получить в октябре — ноябре 1938 года.
11 июня 1939 года Курчатову было выдано авторское свидетельство № 22 872 на изобретение установки для получения диффузного источника нейтронов[170]. В. Г. Хлопин был доволен. «Большой циклотрон Радиевого института является единственно действующей установкой не только в Союзе, но и в Европе», — отмечал он в «Вестнике АН СССР»[171].
Все чаще о работах в области ядерной физики стали писать в центральных газетах. В «Правде», «Ленинградской правде», «За индустриализацию» регулярно рассказывалось об «атомной пушке» и работах на ней. Довольный ходом эксперимента, Курчатов поделился новостями с женой в письме в Харьков, где она находилась в гостях у брата. «Дела с циклотроном идут хорошо… на большой палец! За время работы с 1 по 8 марта удалось удлинить время работы с 5 минут до 5 часов. Работаю… в 10 (утра. —
С конца ноября 1939-го по март 1940 года, когда шла война с Финляндией, Курчатов временно прекратил эксперименты на циклотроне, так как из-за военных действий на Карельском перешейке в Ленинграде была ограничена подача электроэнергии и топлива. Поэтому план научно-исследовательских и производственных работ ленинградских институтов срывался по многим темам. Директор РИАНа В. Г. Хлопин существенно замедлил в институте почти все темы по урану, а некоторые были им закрыты[174]. Но к этому периоду деятельность Курчатова в РИАНе, связанная с настройкой и пуском циклотрона института, уже вышла на финишную прямую.
Работая в РИАНе, Курчатов постепенно все глубже погружается в проблемы, связанные с новым циклотроном в ЛФТИ. От РИАНа он окончательно отходит в конце 1940 года, полностью переключившись на создание установки и строительство здания для нее в родном Физтехе[175]. Начало строительства здания было торжественно отмечено в день его закладки в Лесном в 1939 году. В это время, вспоминал его брат Борис, «впервые выявляются исключительные способности Игоря Васильевича как преданного своему делу, решительного и целеустремленного человека, как организатора и вдохновителя работ больших научных коллективов. Постоянно бодрый, веселый, инициативный, оптимистически настроенный, любивший озадачить и спросить „есть ли достижения“, он умел увлечь своим личным примером… За это его прозвали „Генералом“»[176].
За восемь лет, с 1933 по 1941 год, научные исследования и эксперименты в ядерной физике в Советском Союзе получили большое развитие и резонанс. Успешная деятельность Курчатова и его лабораторий в этот период бесспорна и очевидна, поскольку ее результаты вышли на уровень лучших мировых лабораторий. Вклад Курчатова в мировую науку довоенного периода оказался весомым даже на фоне работ таких ученых, как П. А. Черенков, С. И. Вавилов, И. Е. Тамм, И. М. Франк, А. И. Лейпунский, А. И. Алиханов, Л. А. Арцимович, Д. И. Иваненко, Я. И. Френкель, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон.
Подтверждением этого являются следующие достижения Курчатова и его команды. В работах по нейтронному направлению, выполненных совместно с группой Л. В. Мысовского, Курчатов установил фундаментальный факт разветвления ядерных реакций[177]. При облучении фосфора (одноизотопного элемента) быстрыми нейтронами он и исследователи его отдела наблюдали два периода полураспада, которые они признали двумя независимо идущими реакциями с образованием изотопов. Вскоре Курчатов с сотрудниками подтвердил тот же результат на другом одноизотопном элементе — алюминии.