在磁约束核聚变装置运行过程中,等离子体与壁材料相互作用（Plasma-Wall Interaction,PWI）会引起燃料（氢同位素）在第一壁及偏滤器表面滞留,直接影响材料的性质和燃料粒子的再循环。氚的长期滞留还会引发核安全问题,需要引起特别的重视。激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）是一种重要的激光烧蚀光谱元素分析技术,原位LIBS系统已成功应用于国家大科学装置EAST托卡马克,实现燃料滞留及氢氘比的在线分析。激光烧蚀等离子体是瞬态等离子体,其时间和空间演化都是不均匀的,尤其是在托卡马克低气压环境下,LIBS等离子体在膨胀过程中,不同质量的粒子会由于膨胀速度不同出现空间分离现象,这会直接影响氢氘比例测量的准确性。此外,氢氘比例的探测限受氢氘巴尔末谱线的展宽影响,而谱线光谱展宽与电子密度相关。这就需要系统开展低气压环境下的激光烧蚀氢同位素等离子体的谱线强度和电子密度的时空演化特性研究,为理解氢氘等离子体演化过程、优化氢氘比例探测限提供重要参考数据。根据这一需求,本工作在低气压背景环境下,采用纳秒激光烧蚀纯水（H2O）与重水（D2O）的混合冰样品,获得不同HD比例的激光烧蚀等离子体,研究H同位素等离子体光谱时空演化特性及其对氢氘比例探测限的影响。具体内容如下:1.建立了具有低气压环境下冷冻液体样品的LIBS诊断系统,光学结构采用同轴设计用以模拟托卡马克原位LIBS系统收集条件。通过冷冻装置在背景气压分别为10 Pa和0.01 Pa时制备不同氢氘比例（D占比50%、40%、30%、20%、10%）的混合冰样品。LIBS系统的光谱收集具有空间分辨分析能力,沿等离子体径向空间分辨率约为1 mm,可实现等离子体空间演化测量。等离子体信号收集的延迟时间从200 ns到1600 ns可调,光谱仪ICCD门宽为200 ns,通过改变不同延迟时间,获得等离子体的时间演化特性。2.研究了不同背景气压条件下,LIBS氢氘等离子体（D占比50%）的时空演化特性。发现HD谱线强度、等离子体电子密度均呈现从等离子体中心沿径向方向降低,且随延迟时间的增加而降低的趋势。随着背景气压的降低,等离子体的发光尺寸更大、寿命更短,谱线强度和电子密度随空间和时间的衰减更快。在10 Pa条件下,氢氘比例基本不随空间和时间变化,说明此时并没有显著的氢氘分离现象。然而在0.01 Pa条件下,从在等离子体中心到径向距离为9.24 mm处,氢氘比[D/（D+H）]从47.1%±0.7%降低至35.7%±0.3%,这说明此时氢氘沿径向膨胀过程中出现显著的同位素质量分离现象。此外,延迟时间对氢氘比例无明显影响。由于等离子体发光强度的不均匀性,空间平均的等离子体参数由光强最大的中心区域的等离子体参数主导。3.研究了不同氢氘比例（D占比40%、30%、20%、10%）等离子体谱线演化特征,基于光谱谱线精细结构及谱线展宽机制,模拟构建了等离子体中氢氘氚巴尔末系发射谱线。基于道斯判据（Dawes criteria）,将氢氘比的探测限进行定量化描述,并与等离子体电子密度建立关联。通过实验获得的等离子体电子密度时空演化特性,揭示了氢氘比探测限随等离子体不同时间和空间的变化规律。发现探测限随LIBS延迟时间和径向方向的增加而降低。在本实验条件,光谱仪仪器展宽为0.047 nm、背景气压为0.01 Pa、延迟时间为800 ns、径向位置6.7 mm时,氢氘比的探测限可达1.88%。实验结果为理解氢氘等离子体时空演化特性、提高LIBS氢氘检测能力提供支撑数据。