Как устроен урановый котел (так в то время зазывали ядерный реактор)? Цилиндры из натурального урана, содержащего в основном изотоп урана-238 и только примерно 0,7% изотопа 235, в алюминиевых оболочках размещены между блоками из графита высокой чистоты. Размер котла и его устройство таковы, что обеспечивают возможность цепной ядерной реакции. Нейтроны, излучаемые изотопом урана-235, проникают в некоторые ядра урана; при этом возникают новые быстрые нейтроны, которые, замедляясь графитом, сталкиваются с ядрами урана в соседнем урановом цилиндре и вызывают новое целение. При каждом делении образуется в среднем два-три нейтрона. Часть их поглощается ураном, и котел рассчитывается так, чтобы обеспечить необходимый для поддержания реакции деления прирост нейтронов. Число новых нейтронов, вызывающих деление ядер, должно быть больше числа старых нейтронов, бывших причиной их возникновения: иначе цепная реакция прекратится. Имеющиеся в натуральном уране и графите примеси тоже поглощают нейтроны, поэтому необходимо добиться высокой химической чистоты как урана, так и замедлителя - графита.
После запуска урановый котел сам поддерживает "атомное горение", не требуя дополнительного "топлива". Во избежание чрезмерного разогрева котла радиацией, возникающей при цепной ядерной реакции деления, котел охлаждают потоком жидкости или газа и автоматически регулируют температуру в нем. Как только реакция начинает идти слишком бурно, в котел автоматически вдвигаются поглотители нейтронов в виде стержней из кадмия или бористой стали. Это восстанавливает первоначальный режим.
К середине 1939 г. ученые мира располагали важными теоретическими и экспериментальными открытиями: в области ядерной физики, что позволило выдвинуть обширную программу исследований.