1. 定義
高純氙氣是指純度達到 99.99% 以上（通常為 99.995%~99.999%）的氙氣，屬于稀有惰性氣體，化學符號為 Xe，在元素周期表中位于第 18 族（惰性氣體族）。
2. 物理化學特性
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物理性質：
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無色、無味、無毒，密度約為空氣的 4.5 倍（標準狀況下）。
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沸點 - 108.1℃，熔點 - 111.9℃，易液化，液態氙呈淺藍色。
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化學性質：
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化學惰性極強，常溫下幾乎不與任何物質反應，但在高溫、高壓或放電條件下可與氟、氧等元素形成化合物（如 XeF?、XeO?）。
高純氙氣的制備需從空氣中分離或通過工業副產物提取，主要方法包括：
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空分法（主流工藝）
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原理：利用空氣中各組分沸點差異，通過低溫精餾分離。
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流程：
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空氣壓縮、凈化（除水、CO?、雜質）→ 深冷液化 → 多級精餾分離出粗氙（含氪、氮等雜質）→ 化學吸附或催化反應除雜 → 精餾提純至高純。
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工業副產物回收
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從合成氨尾氣、核反應堆裂變氣等副產物中提取，需通過吸附、膜分離等技術凈化提純。
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純化技術
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常用方法：低溫吸附（分子篩、活性炭）、催化氧化（除去 CO、H?等）、低溫精餾，確保雜質（O?、N?、H?O、CO?等）含量低于 ppm 級。
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應用場景
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原理與作用
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具體實例
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醫療領域
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氙氣具有麻醉性（無副作用、蘇醒快），且對心血管系統影響小，同時在醫學成像中作為造影劑。
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- 吸入式麻醉劑（替代氟烷類藥物，適用于微創手術）
- CT 造影劑（增強組織對比度）
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科研與航天
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惰性環境下的實驗載體，以及離子推進劑。
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- 高能物理實驗（氣泡室探測粒子）
- 航天器離子發動機（Xe 離子加速產生推力）
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照明與顯示
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高電離能使其在放電時發出強烈白光，光譜覆蓋可見光全波段。
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- 電影放映機短弧氙燈（亮度高、色溫穩定）
- 汽車氙氣大燈（HID 燈）
- 準分子激光光刻（XeCl 激光，波長 193nm）
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半導體與電子
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作為等離子體刻蝕氣體或沉積工藝的惰性保護氣。
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- 芯片制造中刻蝕硅、二氧化硅
- 磁控濺射鍍膜（如硬盤磁頭涂層）
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核能與輻射探測
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對中子和 γ 射線敏感，用于輻射探測器。
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- 液氙探測器（暗物質搜索實驗，如 XENON 系列）
- 核反應堆裂變產物監測
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資源稀缺性
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氙氣在空氣中的含量僅約 0.087ppm，屬于極稀有氣體，全球年產量不足 100 噸，價格受地緣政治（如俄烏沖突影響氙氣出口）和需求波動影響顯著。
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主要生產國
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俄羅斯、美國、中國（近年產能提升）、烏克蘭（曾是全球主要供應國）。
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行業現狀
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高純氙氣價格高昂（通常每升數百至數千元），供應集中于頭部氣體公司（如林德、空氣產品公司、中國中化等）。
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安全性
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雖無毒，但高濃度會導致窒息（惰性氣體稀釋氧氣），需在通風環境中使用。
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液態氙溫度低（-108℃），接觸皮膚會導致凍傷。
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儲存與運輸
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壓縮氣體用高壓鋼瓶（耐壓 15MPa）儲存，液態氙用杜瓦瓶（真空絕熱）運輸，避免高溫、撞擊或明火。
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需求增長：半導體光刻、新能源汽車照明、醫學影像等領域推動需求上升。
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技術突破：新型吸附材料（如金屬有機框架 MOFs）提升提純效率，降低成本。
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回收利用：從工業廢氣中回收氙氣的技術逐漸成熟，緩解資源稀缺問題。
高純氙氣因其獨特的物理化學性質，在高端制造、醫療和科研領域扮演不可替代的角色，隨著科技進步，其應用邊界仍在不斷拓展。
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