Центром научных исследований стал Рентгенологический институт, а после его разделения в ноябре 1921.г. — Физико-технический институт во главе с академиком А. Ф. Иоффе. Вокруг него объединялась плеяда талантливых исследователей — П. Л. Капица, Н. Н. Семенов, В. Г. Хлопин, А. А. Чернышев, И. В. Обреимов, В. А. Бурсиан, П. И. Лукирский, Я. И. Френкель, К. Ф. Неструх. Немного позже к ним присоединились А. К. Вальтер, В. Н. Кондратьев, В. А. Фок, Д. В. Скобельцын, А. П. Константинов, И. В. Курчатов, А. П. Александров, И. К. Кикоин, Ю. Б. Харитон, А. И. Лейпунский, Л. А. Арцимович, И. М. Франк и др.

Знаменитый Ленинградский физтех, носящий сегодня имя академика Иоффе, называли по-разному: и «Парнасом новой физики», и «Могучей кучкой», и даже «Детсадом папы Иоффе». Академик И. К. Кикоин вспоминает:

«Это, действительно, был детский сад в том смысле, что основную силу, основную армию сотрудников института составляли студенты 1, 2, 3 курсов. Они и делали науку в Физико-техническом институте, а это значит, они делали науку — физику — и в стране.

В этом проявилась замечательная особенность нашего общего учителя академика Абрама Федоровича Иоффе. А ведь мы так и называли его у себя: «академик», именем и отчеством мы не называли. Его идея и заключалась в том, чтобы построить подобный детский сад. Сейчас уместно спросить: как эта идея оправдалась? Как и подобает нормальному саду, он должен был бы цвести, и он, действительно, расцвел… Очень приятно аромат этой физики ощущать.

Но сад должен и плодоносить. Этот физтеховский детский сад принес свои плоды, и, я бы сказал, плоды неплохие.

Например, советская атомная техника, атомная энергия — это есть плод того самого сада, который посадил и взрастил Абрам Федорович Иоффе. Так что это название сада, действительно, было вполне пророческим. Этот детский сад удовлетворял всем требованиям, которые могут быть предъявлены к цветущему и плодоносящему саду.

Свойственное молодости непочтение к авторитетам никак не преследовалось в Физико-техническом институте. Оно вызывало к жизни шутки и остроты, и сам директор — при всей общей любви и уважении к нему в коллективе — бывал иногда их мишенью. Он не обижался на это, так как умел ценить юмор. На институтских вечерах было немало остроумных шуток, сценок, кукольных представлений, над которыми он заразительно хохотал, хотя ему не раз доставалось от доморощенных остряков.

Конечно, не всегда дела в институте способствовали веселью. Жизнь есть мозаика успехов и неудач».

В 1933 г. под Ленинградом состоялась Первая всесоюзная конференция по физике атомного ядра. Оргкомитет конференции возглавил И. В. Курчатов.

В ее работе приняли участие Ф. Жолио и Ф. Перрен из Франции, Л. X. Грей и П. Дирак представляли ученых Англии, а Ф. Россети — Италии. Из Чехословакии приехал Г. Бен, из Швейцарии — Вайскопф.

Конференция обстоятельно обсудила принципиальные вопросы зарождавшейся тогда современной физики атомного ядра и космических лучей. На заключительном заседании академик А. Ф. Иоффе сказал: «В качестве основной проблемы на вторую пятилетку мы намечаем также проблему ядра атома. Методы, которыми пользуются физики для разрушения ядра атома, смогут уже в ближайшем будущем найти, себе применение в медицине и во многих других областях».

С этой Первой всесоюзной конференции и университетской аудитории на Васильевском острове и началась славная биография сегодняшних исследовательских центров в Дубне и Обнинске, Москве и Ленинграде, атомных электростанций и серпуховского ускорителя, которые являются гордостью и славой советской науки.

В те предвоенные годы ученые добились значительных успехов в исследовании энергии атомного ядра: открытие П. А. Черенковым нового типа излучения, которое возникает при прохождении в веществе быстрых заряженных частиц (так называемый эффект Вавилова — Черенкова), и объяснение этого явления И. Е. Таммом и И. М. Франком; работы И. Е. Тамма и других советских физиков по теории ядерных сил; гипотеза Д. Д. Иваненко о строении атомного ядра и т. д. К 40-м годам образовался «сплошной фронт» научных исследований, причем ведущую роль все более стали играть проблемы физики. Начался «штурм» атомного ядра. Академик А. Ф. Иоффе с полным правом мог сказать на мартовской сессии Академии наук СССР в 1936 г.: «Атомное ядро — сейчас несомненно одна из узловых проблем физики». Он высказал предположение о возможности овладения ядерной энергией.

Вторая Всесоюзная конференция по ядерной физике и космическим лучам, созванная Академией наук СССР, состоялась 20–26 сентября 1936 г. в Москве. В ее работе приняли участие около 120 советских физиков, а также Паули (Цюрих), Оже (Париж), Вильяме (Манчестер), Пайерлс (Кембридж) и др. Было заслушано 28 докладов (из них 23 доклада советских физиков); кроме того, была прочитана серия обзорных лекций для участников конференции.

Закрывая конференцию, академик А. Ф. Иоффе отметил, что она дала ясное представление о широком развитии в СССР работ по атомному ядру за последние годы.

III Всесоюзная конференция по ядерной физике и космическим лучам состоялась 1–6 октября 1938 г. в Ленинграде. Она была созвана отделением математических и естественных наук АН СССР (ОМЕН). Конференция заслушала и обсудила 29 докладов по проблемам: «Космические лучи», «Прохождение быстрых частиц через вещество», «Теория новых частиц», «Свойства тяжелых частиц и строение ядер».

В 1938 г. Ф. Жолио-Кюри сообщил А. Ф. Иоффе об открытии принципиально нового вида ядерной реакции: под действием нейтронов ядро урана распалось на два радиоактивных осколка. Письмо французского ученого взволновало всех физиков. С этого времени центральное место в лаборатории, руководимой И. В. Курчатовым, стали занимать исследования деления урана нейтронами. Новая научная проблема изучается В. Г. Хлопиным в Радиевом институте и в других научных учреждениях. Академия наук создает комиссию во главе с академиком В. Г. Хлопиным по урановой проблеме — Урановую комиссию.

Очередная (IV) Всесоюзная конференция по физике атомного ядра и космических лучей была созвана Академией наук через год, 15–20 ноября 1939 г., в Харькове. Дело в том, что конец 1938 — начало 1939 г. ознаменовались крупнейшим открытием века — делением ядра. На этот раз было заслушано 35 докладов.

Исследования, как экспериментальные, так v теоретические, по ядерной физике и физике элементарных частиц в СССР в 1939 г. находились на уровне ведущих достижений мировой науки.

В 1940 г. К. А. Петржак и Г; Н. Флёров открыли самопроизвольное деление урана, при котором испускаются нейтроны, а Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович определили необходимые условия для того, чтобы процесс шел непрерывно, т. е. имел цепной характер.

20-26 ноября 1940 г. в Москве была созвана V Всесоюзная конференция по физике атомного ядра. В ней приняли участие уже более 200 специалистов, было представлено около 50 научных докладов. Большое место на конференции занимала теория сил, действующих между частицами, из которых состоит ядро. Этому вопросу были посвящены выступления члена-корреспондента АН СССР И. Е. Тамма и профессора Л. Д. Ландау. На конференции с докладом выступил И. В. Курчатов, который подвел некоторые итоги развития ядерной физики в тот период. И. В. Курчатов говорил о колоссальных технических возможностях, таящихся в только что открытом явлении деления ядер урана, намечал основные пути использования атомной энергии.

Это была последняя предвоенная конференция. На ее заседаниях было заслушано более 40 докладов. Советская школа физиков к тому времени успешно выполнила значительную часть очень важных исследований, сделала много открытий и доказала, что способна самостоятельно решать сложные задачи, стоящие перед ядерной физикой. Вскоре после совещания И. В. Курчатов составил план исследований цепной реакции и направил его в Президиум АН СССР.

К началу Великой Отечественной войны с фашистской Германией советские ученые вплотную подошли к практическому решению сложнейшей научной и технической задачи по высвобождению и использованию ядерной энергии.