Еще в январе 1943 года, подготавливая с Первухиным правительственное постановление, Курчатов указывал, что физикам нужен уран особой чистоты, без «нейтронных ядов» — примесей, поглощающих нейтроны. В мае 1943 года в Гиредмете состоялась встреча физиков с металлургами Курчатов разъяснил профессору Николаю Сажину и его помощнице Зинаиде Ершовой, что «ядерная чистота» — это нечто качественно иное, чем то, что обычно называется «химически чистым препаратом».

В полуподвальном, плохо отапливаемом помещении женщины-металлурги — та же Ершова, Е. Каменская, Н. Солдатова — получили сплав урана с углеродом. Этот первый советский урановый препарат торжественно вручили Курчатову. А когда в высокочастотной вакуумной печи проводили горячую очистку от примесей уже металлического урана, на приемку первого слитка приехала правительственная комиссия во главе с Первухиным. Поздней ночью рафинирование закончилось, из лабораторной печи извлекли слиток весом в 1 килограмм — по уникальной чистоте этот уран вполне годился для реактора. Кончался год 1944-й.

В ноябре 1944 года Курчатов подписал технические условия на металлический уран. Это требование, предъявленное физиками промышленности, металлурги оценили как еще неслыханно трудное, но приняли к исполнению. Один из заводов боеприпасов превратили в специализированное урановое предприятие. Но дело на нем поначалу шло плохо. Химики-аналитики браковали одну партию урана за другой. Бор, главный яд, обнаруживался в каждом слитке, других «отравителей» тоже хватало. В докладе правительству, составленном в том же 1945 году, Курчатов писал, что без сверхчистого урана невозможно пустить реактор, и указывал, что графит, поставляемый ныне физикам, содержит в 20 раз меньше вредных примесей, чем уран: если металлурги введут у себя такую же очистку, какую освоили на электродном заводе, уран станет вполне доброкачественным. В помощь металлургам Курчатов послал Гончарова и Правдюка, те уже имели опыт борьбы с вредными примесями.

Но металлургия урана и производство графита — технологии разные. Ведущие инженеры и руководители завода — Невструев, Золотуха, Голованов, Каллистов, Галкин, Белов — меняли способы плавки, но не могли избавиться от бора. Завенягин, приехав на завод и мрачно глядя на рыхлый, загрязненный бором слиток, с упреком сказал начальнику производства Белову, своему старому знакомому по Норильску, где Завенягин руководил всем горно-металлургическим комбинатом (сейчас он носит имя А. П. Завенягина), а Белов был директором никелевого завода:

— Александр Романович, себя не жалеешь, твое дело, но хоть меня, больного, пожалей — не доводи до инфаркта!

Решение проблемы все же пришло от графита. Урановый расплав из печи выливался в изложницы — американские графитовые тигли. А они-то и были заражены бором. Электродный завод получил новый заказ — уже не на сверхчистые графитовые кирпичи, а на тигли такой же уникальной чистоты. Партию сверхчистых тиглей привезли на урановый завод, и проблема бора потеряла свою остроту.

Когда металлурги разработали свои схемы плавок, более пригодные для крупного производства, и в качестве сырья стали поступать не собираемые отовсюду разномастные урановые препараты, а урановая руда примерно одного состава, металлический уран, отправляемый физикам, удовлетворял самым строгим их требованиям.

Первая партия сверхчистого урана — 6 тонн — дала возможность приступить наконец к возведению уран-графитового реактора. По расчету требовалось около 50 тонн урана и 500 тонн графита, чтобы пошла самоподдерживающаяся реакция. Пришла пора от выкладывания графитовых призм перейти к кладке самого уранового «атомного котла», названного Ф-1 (физический первый). Котел возводили в новом каменном здании, заменившем прежнюю брезентовую палатку.

«Большую кладку» начали летом 1946 года — к этому времени и урана и графита накопилось достаточно.