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天門高純氦氣廣泛應用于軍工、科研、石化、制冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等。

1、低溫冷源：利用液氦的-268.9℃的低沸點，液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的應用，超導材料需要在低溫（100K左右）中才能表現出超導特性，大多數情況下只有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫。超導技術在交通行業的磁懸浮列車，醫療領域的核磁共振成像設備都有較大的應用。

2、氣球充氣：由于天門高純氦氣密度遠小于空氣（空氣的密度為1.29kg/m3，天門高純氦氣的密度為0.1786kg/m3），而且化學性質極不活潑，較氫氣安全（氫氣可以在空氣中燃燒，可能會引起爆炸），天門高純氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體。

3、檢驗分析：儀器分析中常用的核磁共振分析儀的超導磁體需要利用液氦降溫，氣相色譜分析中天門高純氦氣常作為載氣，利用天門高純氦氣滲透性好、不可燃的特點，天門高純氦氣還應用于真空檢漏，如氦質譜檢漏儀等。

4、保護氣：利用天門高純氦氣不活潑的化學性質，天門高純氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣。

6、其他方面：天門高純氦氣可用作高真空裝置、原子核反應堆[5] 在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體。天門高純氦氣還用作原子反應堆的清洗劑，在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中，氣體溫度計的填充氣等。