托卡马克装置长脉冲高功率等离子体放电过程中,偏滤器靶板直接面临着很高的热流密度,甚至超过了材料的忍受极限,必须采取主动措施以降低到达靶板的热负荷,其中偏滤器等离子体脱靶运行是其中最有希望的方案。金属壁托卡马克一般从偏滤器区域主动注入低Z杂质,通过辐射偏滤器提高功率耗散,以实现脱靶运行。而低Z杂质输运到台基和芯部区域,会稀释主离子并且提高辐射耗散功率,对主等离子体的性能有一定的影响,会降低芯部的能量约束水平。如何在长脉冲高功率等离子体放电过程中,保持辐射偏滤器与芯部高约束的兼容运行,是目前聚变研究的热点和难点之一。本论文第二章,通过总结已有的理论和实验研究结果,试图简要的给出托卡马克中偏滤器等离子体、芯部和台基的基本物理图像。首先简要介绍了偏滤器与刮削层的基本物理:包括偏滤器等离子体的三种状态,多种漂移作用的影响,以及一些新型偏滤器概念。紧接着简要介绍了托卡马克等离子体芯部约束和台基物理:包括径向输运的基本理论,实验能量定标率,台基结构的形成,以及边界局域模（ELM）的分类和特点。本论文第三章详细介绍我们基于EAST装置2019年辐射偏滤器实验发现的杂质驱动边界low-n模。这支low-n模式具有空间局域分布、激发需要一定密度阈值等特点,并且具有较强的边界粒子输运能力,在辐射偏滤器下保持小幅度或者无ELM运行中起到重要作用。本人提出了一种基于漂移波和辐射冷凝不稳定性相耦合的模型,试图解释这支low-n模的物理机制。模型给出的结果能够很好地定性解释low-n模的诸多实验特点,表明模型的适用性和可靠性。对于未来聚变堆,通过主动杂质注入激发low-n模,在与脱靶运行兼容的条件下保持小幅度或者无ELM运行模式,维持台基结构稳定和芯部高约束,可能是同时解决靶板稳态热负荷和瞬态热负荷问题的有效方案。由于EAST装置上偏滤器结构比较开放,偏滤器区域注入的杂质不可避免的进入主等离子体影响约束。本论文第四章详细介绍了偏滤器封闭性对等离子体性能的影响,无论是国外主要的托卡马克装置实验结果,还是基于EAST装置上偏滤器打击点偏移实验结果,均证明了提高偏滤器封闭性,可以有效降低靶板表面等离子体的自然脱靶密度阈值或者减少杂质注入量。正是基于这一结果,EAST团队设计并且升级改造了 EAST装置的下偏滤器,其直角封闭结构能够显著提高偏滤器封闭性,减小杂质注入对芯部等离子体的影响。本章详细介绍了 EAST装置新下偏滤器的基本结构,并且通过SOLPS-ITER模拟对比几种常见的几何结构,证明了新下偏滤器的直角封闭构型的优越性。基于升级的新下偏滤器,本人展开了 L模放电中打击点扫描实验,有效证明了新下偏滤器具有的拐角效应。本论文第五章详细介绍了我们基于EAST装置的新下偏滤器,开展的长脉冲高功率H模放电中辐射偏滤器与芯部高约束相兼容的运行实验结果。我们首次提出并且验证了通过在反馈控制系统中增加储能监测模块,有效保障了长脉冲反馈控制脱靶运行的放电稳定性。通过从下偏滤器区域控制阀门注入混合气体（50%氖,50%氘气）,获得了 20秒辐射反馈脱靶放电和30秒辐射反馈脱靶放电,并且在放电过程中始终保持了芯部高约束性能,能量约束因子H98,y2 ≥ 1.1。在注入氖气后,杂草型边界局域模（grassy ELM）频率下降并且边界相干模（ECM）被抑制,芯部电子温度保持基本不变的同时,芯部电子密度显著增加,并且离子温度也增加了～40%。对比研究其他装置上杂质注入与芯部高约束兼容的实验和理论研究结果可知,一定条件下注入低Z杂质可能有效降低离子温度梯度模（ITG）主导的湍流输运水平。总之,本论文系统的研究了 EAST装置辐射偏滤器与高约束的兼容性运行。新发现的杂质驱动的边界low-n模,能够在辐射偏滤器条件下提供边界粒子输运通道,维持台基结构稳定和芯部高约束,可能在未来聚变堆同时解决靶板稳态热负荷与ELM带来的瞬态热负荷中有重要应用。EAST升级改造了具有直角封闭结构的下偏滤器,模拟和实验研究均证明了新偏滤器结构所具有的拐角效应,能够进一步提高偏滤器封闭性,减少杂质注入对芯部约束的影响,提高辐射偏滤器与高约束的兼容性,该研究对于未来聚变堆偏滤器结构设计具有重要参考意义。我们发展的储能监控模块,在长脉冲高功率放电过程中能够有效保障放电的稳定性,在此基础上基于EAST新下偏滤器,我们得到了 30秒量级的辐射偏滤器脱靶与高约束的兼容性运行示范炮,该研究有效的证明了脱靶作为未来聚变堆解决靶板热负荷方案的可靠性。