En 1932 recibió fondos para su propio equipo de investigación nuclear, que construyó el primer ciclotrón soviético en 1939.El proyecto atómico soviético permaneció con una prioridad relativamente baja hasta que la información del espía Klaus Fuchs y posteriormente la destrucción de Hiroshima y Nagasaki estimuló a Stalin para pasar a la acción.El equipo (que incluía a otros prominentes científicos nucleares soviéticos como Yuli Jaritón y Yákov Zeldóvich) se basó tanto en los documentos que el gobierno estadounidense hacía públicos como en las posteriores informaciones facilitadas por Fuchs, pero Kurchátov y Beria (temiendo que los informes de inteligencia fueran falsos) insistían en que sus científicos recomprobaran todo por ellos mismos.[9] La salud de Kurchátov empeoró drásticamente en sus últimos años.Fue incinerado, y sus cenizas se enterraron en la Necrópolis de la Muralla del Kremlin en la Plaza Roja.
Monumento a Kurchátov en el Centro de Ensayos Nucleares de
Semipalátinsk
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