托卡马克聚变装置在运行过程中,面对等离子体材料（Plasma-Facing Material,PFM）第一壁和偏滤器会受到来自芯部等离子体热流和粒子流的冲击,发生一系列等离子体与壁相互作用（Plasma Wall Interaction PWI）,导致壁表面侵蚀与结构损伤,并伴随着燃料滞留、杂质沉积等现象。激光诱导击穿光谱技术（Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）是一种可以实现原位、在线、远程的非接触式元素分析技术,并可同时对多种元素快速检测。目前LIBS已逐步应用于国家大科学装置“东方超环-EAST”的PWI过程的诊断,包括测量分析燃料氘滞留以及第一壁上的杂质沉积。由于激光烧蚀壁样品产生等离子体的物理过程的十分复杂,激光与物质相互作用的详细物理机制尚不完全清楚,激光诱导产生的等离子体的发射光谱强度受很多因素影响,如激光的光源特性,等离子体的瞬态演化特性,托卡马克极端环境,材料本身性质和元素含量等,这些因素均可能会影响LIBS光谱信号的强度和稳定性。因此,LIBS技术在线诊断PWI过程的难题之一就是如何实现准确的元素定量分析。针对在真空环境下,多组分等离子体的空间非均匀特性,本论文对三元合金样品:碳化钨铜[（WC）70%Cu30%]和两种单质C、W样品,利用纳秒脉冲激光进行烧蚀产生等离子体,分别研究单组分等离子体和多组分等离子体光谱辐射特性以及各类物种（原子、离子）分布的时空演化特性,并对等离子体膨胀过程中的“空间分离”以及“离子加速”现象进行了细致的研究。论文具体内容如下:第一章,首先简要的介绍核聚变的原理,并论述要实现可控核聚变需要满足劳森判据。其次介绍了磁约束核聚变以及托卡马克装置,并且对其发展历史及研究现状做了比较全面系统的梳理。然后依次介绍等离子体与壁材料相互作用和要实现壁元素定量分析需要面对的技术难题,最后列出论文研究思路与内容。第二章,首先介绍激光诱导击穿光谱技术的工作原理和实验装置。其次介绍了激光诱导击穿等离子体的光谱辐射特性以及描述等离子体的基本参数和计算方式,例如电子温度,电子密度。第三章,研究了真空激光诱导击穿钨和石墨等离子体的发射光谱的时间演化规律,不同辐射机制发生的时间尺度以及不同特征谱线的时间演化规律和空间分布特性。研究表明在等离子体中,W的原子谱线和离子谱线的寿命可以达900 ns和500 ns,C原子谱线和离子寿命分别为650 ns和380 ns,但对应的碳原子/离子的速度要大于钨。第四章,利用时空分辨光谱研究了碳化钨铜在真空环境下,激光烧蚀等离子体的膨胀过程,研究了不同特征谱线的时间演化规律和空间分布特性,并计算了不同物种在膨胀过程中的平均速度。表明等离子体在真空膨胀的过程中,不同组分的元素对应原子谱线和离子谱线以及连续背景等随时间的演化规律有所不同,与谱线的产生机制、测量位置以及谱线的跃迁能级相关;真空下激光烧蚀样品产生的等离子体在膨胀过程中元素分布具有更大的空间不均匀性,不同元素对应的粒子的空间分布存在着显著差异。激光烧蚀等离子体中低Z原子/离子的膨胀速度大于高Z原子/离子的膨胀速度;同一元素的离子速度大于其原子速度,“质量分离效应”和“离子鞘层加速”是导致激光烧蚀等离子体膨胀过程中元素空间分布不均匀性原因。该研究结果将为提高LIBS定量分析的准确性提供有益的实验数据参考。