Frédéric Joliot, qui assure depuis le décès d’Irène en 1956 la direction de l’IPN Orsay, participe à la mise en service du synchro-cyclotron à protons de 160 MeV (en s’enfermant dans la casemate accélérateur avec un détecteur). Robert Klapisch et René Bernas y connecteront en 1965 un séparateur de masse en ligne (Isocele), qui constituera le premier système ISOL (‘Isotope Separation On-Line’) en France, ancêtre de nombreux équipements toujours actuels. Cet accélérateur sera utilisé par les physiciens jusqu’en 1990 (avec une rénovation en 1977 pour atteindre 200 MeV) avant d’être cédé au Centre de Protonthérapie d’Orsay où il sera utilisé jusqu’en 2010, grâce au soutien continu des équipes de l’IPN, pour le traitement des patients atteints du cancer.
Cette même année 1957, Frédéric Joliot décide également que le cyclotron à ions lourds (ou CEV pour Cyclotron à Energie Variable), imaginé par Irène quelques années auparavant, sera construit. Il commande le gros électro-aimant de la machine à la société Philipps mais le projet est ensuite mis en sommeil. Il sera relancé par Jean Teillac quelques années plus tard.