Институт Иоффе был поистине его «детским садом». Иоффе делал все от него зависящее, чтобы дать своим молодым сотрудникам хорошую подготовку но физике. Он организовал регулярно собиравшиеся семинары, благодаря которым они шли в ногу с текущими исследованиями; на журналах, поступавших в библиотеку института, он помечал статьи, которые им следовало бы прочесть, причем требовал от них объяснения, если они этого не делали. Раз в неделю Иоффе посещал каждую лабораторию, чтобы быть в курсе того, что там делалось.

Курчатов поначалу работал в руководимой Иоффе лаборатории физики диэлектриков. Эта область была основной в тематике института, поскольку изоляционные свойства диэлектриков при сверхвысоких напряжениях могли найти важное применение в электроэнергетике. Под руководством Иоффе Курчатов вместе с Синельниковым и еще одним физиком проводил опыты, которые, казалось, позволяли надеяться, что напряжение пробоя будет расти с уменьшением толщины исследуемого материала. Эта работа была составной частью фундамента для развития злополучной идеи Иоффе о тонкослойном изолирующем материале.

В процессе проведения этого исследования Курчатов обратился к изучению аномальных диэлектрических свойств сегнетовых солей, и его работы привели к открытию особого класса кристаллов, которые в электрическом поле ведут себя точно так же, как ферромагнетики – в магнитном. Это явление теперь носит название ферроэлектричества (Курчатов дал ему русское название «сегнетоэлектричество» – в честь французского химика Сенье). Курчатов изучал его в Ленинграде вместе со своими коллегами, в числе которых был его брат Борис, а в Харькове – вместе с Синельниковым. Эти работы принесли Курчатову известность. Харитон позднее назвал их «изящными и красивыми».

Несмотря на успех этого исследования, в конце 1932 г. Курчатов решил переключиться на работу в области ядерной физики. Это было резкое и неожиданное изменение тематики и означало прекращение исследований по физике полупроводников, которые он проводил с Иоффе. Кроме того, это был отход от работ, имевших большие перспективы в плане непосредственных приложений, к области, которая в то время считалась очень далекой от практических применений. Но Курчатов, видимо, считал, что он уже сделал в области сегнетоэлектричества все, что планировал, а ядерная физика была многообещающим направлением исследований. Возможно, здесь он находился под влиянием своего друга Синельникова, который 1928–1930 гг. провел в Кембридже, а к рассматриваемому времени возглавлял высоковольтную лабораторию в Харькове. Так или иначе, Курчатов начал действовать «решительно, быстро, без оглядки назад, как, впрочем, он всегда поступал в подобных случаях».

В 1932 г. не только Курчатов переключился на исследования по ядерной физике. Абрам Алиханов, которому, как и Курчатову, было в то время около 30 лет, в том же году, оставив работы по рентгеновским лучам, занялся физикой ядра и был поставлен во главе позитронной лаборатории, где совместно со своим братом Артемом Алихановым он изучал рождение электрон-позитронных пар, а позднее – спектры бета-лучей. Еще один молодой физик, Лев Арцимович, поступивший в институт двумя годами ранее (в возрасте двадцати одного года), тоже обратился к изучению физики ядра и возглавил высоковольтную лабораторию. Арцимович работал в тесном контакте с братьями Алихановыми. Четвертой лабораторией отдела ядерной физики руководил Дмитрий Скобельцын, который был несколько старше этих трех своих коллег: он родился в Петербурге в 1892 г. Скобельцын приступил к изучению космических лучей в начале 20-х годов и провел два года в Париже, в институте Марии Кюри. По своим манерам он был холоден и сдержан, тогда как Алиханов был вспыльчивым, а Арцимович – остроумным и порой даже злоязычным человеком, интересующимся всем на свете.

Курчатова называли «генералом», потому что он любил проявлять инициативу и отдавать команды. По воспоминаниям близких друзей, одним из его любимых слов было «озадачить». У него были энергичные манеры, и он любил спорить. Он мог выразительно выругаться, но, если доверять памяти тех, кто с ним работал, он никого не оскорблял. У него было хорошее чувство юмора. В 1927 г. Курчатов женился на Марине Синельниковой, сестре своего друга. Поначалу она огорчалась из-за привычки мужа проводить целые вечера в лаборатории, но потом примирилась с этим. Сохранилось одно или два мимолетных впечатления о Курчатове тех лет. Они принадлежат жене Синельникова, англичанке, с которой тот познакомился в Кембридже. В письмах к своей сестре она рисует Курчатова как преданного своей работе и в общем довольно решительного и целеустремленного человека. Но она пишет также и о том, что он «такой добродушный, как игрушечный медвежонок, – и никто не может сердиться на него».

В описаниях характера Курчатова всегда присутствует ощущение некоторой дистанции, как если бы за человеком с энергичными манерами стоял другой, которого не так-то легко разглядеть. Он мог оградить себя неким щитом, отделываясь шуточками или выбирая ироничный тон по отношению и к себе, и к другим. Все воспоминания о Курчатове доносят до нас, наряду со свидетельствами о его сердечности и открытости, также и впечатление о его серьезности и сдержанности. В воспоминаниях одного из коллег, работавших с Курчатовым в 50-е годы, он предстает как человек закрытый, многослойный, а потому идеально подходящий для проведения секретных работ.

В конце 30-х годов Курчатов организовал семинар по нейтронам, на котором обсуждались работы, выполненные в институте, а также статьи, представленные его сотрудниками в физические журналы. Исай Гуревич, один из участников этого семинара, говорил позднее, что «не будь его – и на грандиозные задачи, которые пришлось разрабатывать во время войны и после нее, понадобились бы еще годы сверх тех, что ушли на это. Потому что тот семинар был школой нейтронной физики, без которой ничего бы не вышло». В работе семинара принимали участие полтора десятка человек, многие из которых потом сыграли большую роль в атомном проекте.

Несмотря на имевшиеся трудности, советские исследования по ядерной физике в 30-е годы были весьма успешными. Виктор Вайскопф, высоко ценивший советских физиков, приехав в Советский Союз, увидел, что они ни в чем не отставали от зарубежных в понимании структуры ядер. Иоффе в заключительных комментариях, сделанных им на конференции по ядерной физике 1937 г., сказал, что в Советском Союзе к этому времени было уже более ста ученых, работавших в области физики ядра. Это примерно в четыре раза превышало численность занятых соответствующими проблемами ко времени проведения первой конференции, состоявшейся в 1933 г. Из тридцати работ, представленных на конференцию 1937 г., сказал он, многие имеют «фундаментальное значение» и свидетельствуют о «широком развитии нашей науки». Месяцем позже Президиум Академии с несомненным удовлетворением отметил рост «молодых научных кадров» в ядерной физике.

В 30-е годы физики-ядерщики были истинным примером международного сотрудничества в науке, а прогресс этого десятилетия был основан на открытиях, сделанных учеными в нескольких странах. О получаемых теоретических и экспериментальных результатах очень быстро становилось известно международному сообществу, и открытие, сделанное в одной лаборатории, стимулировало дальнейшие исследования в других. Вскоре, однако, ситуация стала меняться, так как ядерная физика начала превращаться из сферы исследований, далекой от практических приложений, в ключевой фактор международных отношений.

Первым человеком, увидевшим, что физики-ядерщики должны принять во внимание возможность применения результатов их исследований в военном деле, был Лео Сцилард, венгерский физик. Сцилард сразу же понял, какое значение может иметь деление ядра, поскольку еще в 1933 г. пришел к идее цепной реакции, открывавшей путь к освобождению энергии атомного ядра. Ему не пришло в голову, что цепная реакция могла быть возможной в уране, не предвидел он и открытия деления. Но он был настолько обеспокоен перспективами, которые были связаны с ядерной цепной реакцией, что получил британский патент, полагая, что тем самым сумеет ограничить возможное использование своей идеи.