Когда в войне наступил долгожданный перелом и немецкая армия начала терпеть поражение, у Анатолия Александрова появилось время вернуться к своей основной научной работе – физике полимеров. Параллельно он читал публикации по ядерной проблеме, ведь после напряженных трудов по размагничиванию кораблей у ученого наконец-то появилось свободное время. И действительно, он увидел, что с началом войны научных статей становилось все меньше, а вскоре они и вовсе куда-то исчезли. Когда И. В. Курчатов ненадолго приехал в Казань, Анатолий Петрович захотел обсудить с ним свои впечатления от зарубежных работ по ядерной физике. Заинтересованный, Игорь Васильевич предложил Александрову присоединиться к их группе. Анатолий Петрович не дал однозначного согласия, но отказываться тоже не стал.
Незадолго до этого в среде физиков пошли разговоры о некой «двойке». Сотрудничать с этой лабораторией, по словам знающих людей, приглашали только лучших ученых. Уже потом стало известно, что это та самая секретная Лаборатория № 2, которой руководит Игорь Васильевич Курчатов. Только самые близкие коллеги знали, что там ведутся работы по созданию атомной бомбы. Игорь Васильевич постепенно стягивал в лабораторию лучшие научные силы. Для того чтобы попасть в двойку, все специалисты – ленинградские, флотские, да и просто знакомые Курчатова – преодолевали довольно необычный путь: сначала на пару дней они появлялись в Казани, а затем по-английски, не прощаясь, уезжали в Москву. После целой серии таких «миграций» Анатолий Петрович после нескольких таких «визитов» понял, что его друг готовит в столице нечто грандиозное.
Вопрос об участии Александрова в «Атомной проекте» решился во время его неожиданного визита в Москву. По старой дружбе он решил встретиться с Курчатовым, но Игорь Васильевич в тот момент почему-то находился в академическом санатории и к нему никого не пускали. В следующий свой приезд Александров заранее договорился о встрече с Игорем Васильевичем. Когда он пришел по указанному адресу, то увидел непримечательное двухэтажное здание с серьезной охраной на входе. Это было удивительным явлением, ведь пропускной пункт сплошь состоял из гэбистов высокого ранга.
«Тогда погоны только что ввели, и я не знал, что это за форма такая. Я всегда считал, что голубые просветы на погонах бывают только у летчиков, но у них всегда был еще и пропеллер. А у этих нет. Я говорю, так и так, я приехал к Игорю Васильевичу Курчатову. И началось, «А вы кто такой, что вы такое…» Я говорю – «Александров». «Ваши документы» – «Пожалуйста». «Нет, мы вас пустить не можем». Я говорю – «А по телефону созвониться можно?». Они мне – «Можно». Я значит, звоню ему и говорю – «Слушайте, Игорь Васильевич, вот я пришел сюда к вам по тому адресу, который вы мне дали, а тут какие-то летчики без пропеллеров меня к вам не пускают». Он дал команду, и меня эти летчики без пропеллеров не только пустили, но еще и провели к комнате, где он сидел».
Друзья наконец встретились, и в разговоре Курчатов заметил, что самым трудным этапом в их работе было разделение изотопов. Он предложил Александрову поработать над этой проблемой, тем более что тот проявил высокую осведомленность в ядерной физике во время их последней встречи. Анатолий Петрович уехал с обещанием: «Подумаю, чем смогу быть полезен». Свое слово он сдержал, и уже в 1943-м в Казани Александров со своей командой приступил к работам по термодиффузионному разделению изотопов. До серьезной фазы они добрались уже через год в Ленинграде. Там Александров спроектировал первую опытную установку. Для того, чтобы ее нагревать, институт купил локомобиль. Анатолий Петрович вспоминает, что этот локомобиль стоял в саду и свистел, а лаборант из ЛФТИ топил его дровами.
Параллельно работами по диффузии занимался Кикоин, которого Курчатов еще раньше привлек к проекту. В один из своих приездов в двойку Анатолий Петрович встретил там Харитона. Зная, что Юлий Борисович специализируется на цепных реакциях, Александров уже тогда предполагал: «Харитон ищет зацепку, которая поможет осуществить взрыв!». Вместе с тем первые шаги в разработке ядерного реактора делали Померанчук с Гуревичем.
«Нам необычайно повезло, что на эту проблему был назначен Курчатов»