同位素氣體是具有相同化學特性但質量不同的氣體，因為它們的原子核含有不同數量的中子。其中，同位素是指元素的原子核中，質子數不變而中子數不同的原子核，因此其是指同種元素的不同同位素組成的氣體。
舉例來說，氖氣的同位素有三種，分別為氖-20、氖-21和氖-22。雖然它們的化學性質相同，但因為它們質量不同，它們的物理性質會有所差異。比如在同等壓力和溫度下，氖-20、氖-21和氖-22的密度分別為0.900g/L、0.920g/L和1.020g/L，可見它們的密度存在一定的差異。
同位素氣體因為其具有穩定的放射性，被廣泛應用于各種科學和工業領域。
1、被廣泛用于放射性同位素研究中。借助研究技術，可以追蹤同位素在大氣、地球、生物和化學反應中的行為，從而了解它們在自然界中的分布、遷移和轉化規律。如用氦氣中的放射性同位素氚（T）作為示蹤劑，可以測定海洋水圈的混合和擴散速度；用氡氣檢測空氣中的輻射水平可以判斷周圍的環境是否安全等。
2、還可以應用于醫學領域。例如，氧氣和碳酸氣體中的放射性同位素可以用于診斷血流速度，檢測心肌和肺部功能；放射性氬氣可以用于治療肺功能缺陷和肺瘤等。
3、還被廣泛應用于工業和環保領域。例如，用氦氣判斷金屬和塑料制品的密封性、檢測石油和天然氣的流量等。另一方面，還可以用于控制放射性污染，如利用氣體中的氯離子檢測管道或儲罐中的污染物濃度，確定地下水或飲用水是否受核污染等。
同位素氣體在很多領域有著廣泛的應用。其中，用于醫學和生物學領域是最為常見的，如氦-3在核磁共振成像中的應用，氖-22在肺功能檢查中的應用等等。此外，還被用于研究大氣層物理化學性質、核反應、宇宙學等領域。
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