托卡马克等离子体破裂所产生的热负荷、电磁力负荷和高能逃逸电子会对装置产生严重的损坏，危害装置的安全运行。现目前破裂缓解的主流思路为大量杂质注入，其中大量杂质气体注入(Massive Gas Injection, MGI)曾是候选方案之一。MGI能够很好地缓解热、电磁力负荷的危害，但是对于逃逸电子抑制，由于MGI不能在短时间内注入大量的杂质到等离子体内并且杂质与等离子体的相互作用过程中电离的程度较低，故其所能提高的电子密度仅仅能够达到完全抑制逃逸电子所需理论密度的五分之一。所以本文课题一着重于MGI快速关断过程中不同杂质在不同条件下的输运以及注入效率的研究，同时也分析它们的破裂缓解效果，综合分析不同杂质的优劣效果。此外，本文课题二也率先开展了偏压电极对于逃逸电流的抑制实验，探索得到正的电极电压对于逃逸电流的衰减效果，甚至在较高电压情况下的完全抑制效果。
　　首先，本文以J-TEXT托卡马克装置为平台，开展了MGI注入杂质的破裂缓解实验研究，通过改变阀门电压和杂质种类，从而研究杂质输运过程以及注入效率。MGI注入触发破裂可分为真空扩散阶段、预热猝灭(Pre-TQ)和热猝灭(TQ)阶段、电流猝灭(CQ)三个阶段研究。在真空扩散阶段，实验测得的杂质运动基本符合用欧拉模型所等效的运动过程，速度接近三倍气体声速。在第二阶段，实验发现杂质在到达等离子体下部后，并不能直接扩散到等离子体芯部，而是先在Pre-TQ阶段沉积在等离子体边缘(主要沉积在高场侧)，再逐渐累积直到TQ阶段快速扩散到等离子体芯部，并且阀门电压越高，杂质沉积的位置越深。此外，通过对He杂质的分析发现杂质在Pre-TQ阶段的极向运动方向受到m/n=2/1撕裂模(其中m为极向模数，n为环向模数)的影响。第二阶段杂质辐射的能量占等离子体内能的3%－10%，辐射水平较低。在第三阶段，发现即使等离子体已经被冷却，后续注入的杂质粒子仍然能够与其相互作用，且在CQ阶段的辐射能量仍然受到阀门电压的影响。
　　对于注入效率而言，依靠独有的17道偏振干涉仪，本文定义了杂质的注入效率，并得到：Ar杂质的注入效率水平介于5%－8%之间，He杂质与90%He&Ar杂质介于20%－40%之间，Ne杂质的注入效率介于12%－20%之间。注入效率随着阀门电压的增加而逐渐减小。对于影响注入效率的原因，实验发现对于单一杂质，80%CQ(电流下降到80%稳定电流值的时间)时注入粒子总数影响最明显，随着粒子数量增加注入效率逐渐下降；其次80%CQ的时间长度越长，杂质粒子与等离子体相互作用的时间越长，则杂质电离越充分，注入效率越高；此外，杂质的真空扩散速率也对注入效率有一定影响。并且通过对比四种杂质的破裂缓解效果以及注入效率，实验发现MGI注入90%He&Ar杂质的破裂缓解效果最为显著。
　　最后，本文通过在小气量MGI注入触发破裂产生逃逸电流的实验条件下，外加不同电压的偏压电极发现：在负的电极电压情况下，逃逸电流出现明显的增强；在正的电极电压情况下，逃逸电流出现明显的抑制效果，并在300V左右的电压情况下实现了对逃逸电流的完全抑制。通过分析MGI注入杂质的输运过程，实验发现从负到正的偏压能够逐渐增加Pre-TQ时冷前锋的传播速率，使得TQ出现的更快。此外，实验发现偏压电极能够大幅影响破裂期间(0.5－4.5)MeV能段逃逸电子的数量：负电压会增长此能段的电子数量，而正电压能大幅削减此能量段的电子数量。实验初步分析发现正电极电压是通过抑制Dreicer机制来抑制逃逸电流。