放射性氙同位素监测是全面禁止核试验条约核查体系现场视察中最为重要的技术手段之一,但氙的本底极低,通常需要进行大体积浓缩才能测量。为了富集环境中的氙,使用中空纤维膜对气体进行预处理,去除掉大量的杂质气体,如氮气、氧气、二氧化碳和水蒸气,氙得以浓缩。为此,建立了膜分离实验装置和各个组分的测试方法,实验研究了不同的温度、流量、级切、膜数量、连接方式、气源等条件下聚酰亚胺中空纤维膜富集氙并去除CO₂、H₂O、O₂、CH₄、Ar、Kr和Rn等杂质气体的性能。实验结果表明,采用3根或4根膜串联的方式可将氙的损失降至最小。当级切一定时,气体流量和环境温度对膜的分离性能没有明显影响;空气样品氙的损失率略大于地表下气体样品;膜的温度越高,膜丝内部气体压力越小,气体渗透的阻力越小。气体组分在膜丝长度方向上并非均匀渗透,容易渗透的组分优先渗透,氙等不易渗透的组分后渗透。聚酰亚胺中空纤维膜对氡也有一定的去除效果。在本文研究的所有气体中,Xe的去除率是最低的,渗透难易程度排序如下:CO₂>H₂O>O₂>Ar>Kr>CH₄>Xe,基本与文献记载吻合。影响中空纤维膜分离效果最显著的因素是级切,级切越大,杂质去除越干净,但同时氙的损失也越大,当级切为0.67时,氙的浓缩倍数分别为2.78（地表下气体）和2.72（空气）,氙的去除率不超过10%,O₂、H₂O和CO₂的去除率分别不低于90%、99%和99%。在实际应用时,只需保证产品气流量始终为原料气流量的1/3即可。未来,将在膜组件的级联方式和膜材料的选择方面进行深入研究。