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 원자력원의 이전은 방사선의학연구소의 설립과 관련 있다. 원자력원은 출범 당시 옛 중앙청 옆 체신부 청사 일부를 빌려 사용하다 1962년 남산으로 이전했다가 얼마 후 다시 중구 태평로 조선일보사 미술관 아래의 신청사로 옮겼다. 당시 원자력원은 국가재건최고회의 문교사회위원회에 소속해 있었다. 이 위원회 소속 정세웅 위원은 오 원장의 업무보고를 받고 “연구용 원자로 건설을 위시해 모든 실행하는 업무에 실적이 없다”고 꾸짖었다고 한다. 이동집 감사관의 회고다.
 “오원선 원장이 정 위원 만남을 꺼려 대신 보고하라며 보낸 적이 많았습니다. 원래 정 위원은 해병대에서 함께 근무한 사이라 별 어려움 없이 가서 보고했습니다. 하지만 오 원장과 저는 늘 실용성 있는 원자력 사업을 해봐야겠다고 고민하고 있었습니다. 그러던 차에 생각해 낸 것이 방사선의학연구소의 신설 계획이었습니다.”
 당시 일본은 이미 원자력 의학 관련 연구소를 설치해 운영하고 있었고, 의학박사였던 오원선 원장도 흔쾌히 동의했다. 더군다나 원자력원은 연구용 원자로 트리가 마크Ⅱ가 1959년 7월 14일 기공식을 한 이래 건설 예정날짜가 두세 차례 연기돼 국가재건최고회의에 면목이 서지 않았던 시기였다.
 방사선의학연구소 설립 소식이 알려지자 원자력연구소 측은 반발했다. 연구용 원자로를 중심으로 본격적인 연구를 개시하기도 전에 방사선의학연구소를 설치하면 그만큼 정부 예산 배정에서 기존 연구소가 불리할 것이라는 주장이었다. 1962년 3월 오원선 원장은 그러한 지적에도 불구하고 법과 예산 조치를 받을 때까지 원자력연구소 내에 ‘방사선의학연구실’을 신설했다. 그러나 방사선의학연구실은 기존 건물로는 연구 활동을 해나갈 수 없었다. 방사선의학연구소를 설립하려면 방사선 및 방사성 동위원소를 이용한 진단과 치료를 할 수 있는 전문적인 원자력병원을 동시에 세워야 했기 때문이다. 당시 남산청사로는 이러한 사업을 도저히 추진할 수 없었고, 불가피하게 청사 이전을 할 수밖에 없었다.

오 원장은 본격적인 연구를 개시하기도 전에 방사선의학연구소를 설치하면 기존 연구소가 정부 예산 배정에서 불리하다는 원자력연구소 측의 반발에도 방사선의학연구실을 신설했다.