托卡马克边界杂质输运的研究对于控制杂质的产生以及其在等离子体芯部的聚集、缓解等离子体与材料相互作用以延长面向等离子体材料的寿命等领域中具有重要意义。边界杂质输运的研究途径主要有实验及模拟两种。前者具有诊断空间及信息量有限、分辨率不够高、存在系统误差、诊断成本较高等缺点,因此难以系统描述边界整体过程及其特性。模拟研究可克服上述缺点,是实验研究的有力补充,可将分散的实验信息相互联系,实现各诊断信息的解释及诊断信息之间的比较分析,以研究边界杂质输运的整体特性。同时,模拟等离子体边界杂质输运特性,是评估偏滤器性能,指导偏滤器设计和优化的重要手段之一。本文首先简单介绍了聚变以及杂质输运在聚变研究中的意义,其后概述了边界杂质输运基本物理,包括偏滤器及刮削层介绍,边界等离子体两点模型、杂质的产生和输运机制,杂质输运的实验与模拟研究现状。其后介绍了本文主要模拟程序:OEDGE(Osm-Eirene-Divimp)边界集合程序,耦合了三个子程序:洋葱皮等离子体输运模型(OSM),蒙特卡洛中性粒子程序EIRENE和蒙特卡洛杂质粒子输运程序DIVIMP,其具有模型简单、贴近实验,计算时间短、使用灵活等优点。本文工作主要工作基于EAST装置上的实验与模拟,2014年的EAST实验中,将上偏滤器改造为钨偏滤器。针对上下钨/碳偏滤器高功率运行情况下,从不同充气口充氩辐射偏滤器实验研究。在托卡马克偏滤器区域充入杂质气体是检验偏滤器杂质屏蔽效应的重要手段,此研究利用快速极紫外EUV光谱仪对EAST托卡马克装置上开展的偏滤器不同位置氩(Ar)杂质注入实验进行观测。结合NIST原子光谱数据库对2～50nm范围内不同电离态Ar的线光谱进行了谱线识别,识别出ArⅣ,ArⅩ-Ⅺ,ArⅩⅣ-ⅩⅥ等若干个电离态的谱线。为了同时观测等离子体不同区域的Ar杂质行为,在杂质注入实验时重点监测ArⅩⅥ 35.59nm(ArⅩⅥ电离能918.4eV,主要分布在等离子体芯部)和ArⅣ44.22nm(ArⅣ电离能9.6eV,主要分布在等离子体边界)这两条谱线。利用该两条谱线强度随时间演化的结果初步分析了偏滤器杂质屏蔽效应。在同一充气口不同等离子体位形下的实验结果表明偏滤器对于从偏滤器区域注入氩杂质的屏蔽效果优于从主等离子体区域注入,并且下偏滤器及内冷泵的综合粒子排除能力优于上偏滤器。并且,还利用OEDGE程序进行模拟研究。比较在典型的欧姆等离子体条件下,EAST超导托卡马克从不同偏滤器位置即内靶板,外靶板和圆顶的充气口充Ar后的初始和长期等离子污染效率,并探究其背后的物理因素。此研究发现初始的Ar污染效率取决于不同充气位置处的局域等离子体条件。但是由于Ar的再循环效率>0.9,在同一次放电中,不同位置的污染效率会迅速接近类似的稳态值。比较不同偏滤器位形放电,下偏滤器的最终平衡Ar污染效率明显低于上偏滤器。这可能是由于下偏滤器具有较好封闭性,更不容易污染芯部,从而更有利于等离子体放电。本文的最后部分内容是DⅢ-D装置钨环实验的模拟研究。介绍了将OEDGE程序集成到OMFIT平台,升级了其中的重杂质输运和边界区输运模块。利用升级后的程序对不同偏滤器位置钨环放电实验的模拟研究发现,在部分闭合和开放偏滤器位形放电之间,来自撞击点(SP)区域的钨(W)泄漏(进入核心等离子体的溅射钨的部分)仅相差5%。对部分闭合的偏滤器位形放电的模拟表明,由于在撞击点附近的高密度等离子体增加了钨的立刻再沉积过程,所以在远SOL中来自钨环的泄漏比来自撞击点的泄漏高大约两倍,即使远SOL的钨源总泄露量在这些情况下更低。