托卡马克是最有希望实现可控核聚变的实验装置。在托卡马克中,聚变反应产生的大量杂质和热量需要从芯部等离子体排出,为避免这些载能粒子直接辐照器壁,引起器壁损伤,人们在托卡马克装置中引入了偏滤器；偏滤器是聚变装置用于排除杂质和能量的主要组成单元。由于等离子体在偏滤器靶板上会发生一系列物理与化学反应,导致器壁的侵蚀、杂质的生成、燃料的滞留等诸多问题,因此偏滤器的位型设计和材料选择是极其重要的。为了解决上述问题,研究偏滤器等离子体物理、等离子体与器壁相互作用、壁材料的特性构成了偏滤器等离子体与材料表面相互作用的核心问题。等离子体与偏滤器面壁相互作用主要涉及两部分研究内容：偏滤器等离子体特性和等离子体与器壁相互作用。偏滤器等离子体宏观特性一般由偏滤器位形决定,而其鞘层结构特性则由磁场、杂质粒子和入射等离子体流等因素决定。等离子体对器壁的侵蚀作用由偏滤器等离子体及其鞘层特性共同决定。本论文的主要内容即为数值模拟偏滤器等离子体物理及其与器壁相互作用,包括偏滤器等离子体鞘层及其与器壁相互作用,偏滤器靶板缝隙等离子体模拟,氢同位素在器壁中的滞留模拟研究三部分。这几部分内容构成了本论文第二、三、四章。第二章介绍了建立的一维边界等离子体动力学模型和运用相应模拟程序EPPIC1D (Edge Plasma Particle-In-Cell,1Dimensional)对偏滤器等离子体鞘层及其与器壁相互作用开展的研究工作。研究发现偏滤器等离子体中存在一系列静电波；通过改变磁场角度,磁场强度,等离子体密度等参量可以确定这些静电波的类型,并深入研究了此静电波对器壁侵蚀的影响。此外,也研究了磁场对入射到器壁的能流和相应器壁侵蚀率的影响。第三章,针对偏滤器靶板采用瓦片结构的特点,开发了二维边界等离子体动力学程序EPPIC2D (EPPIC,2Dimensional),研究了偏滤器瓦片缝隙等离子体特性。发现瓦片缝隙这个特殊结构引起缝隙等离子体的特性发生重大改变,从而导致这个区域的器壁侵蚀变得不同；通过EPPIC2D与PSI (Plasma Surface Interactions)模块的耦合,研究分析了缝隙不同位置的侵蚀率。第四章,研究了氢同位素在器壁材料中的滞留问题,并为之开发了HIIPC (Hydrogen Isotope Inventory Process Code)和HⅡPC-bubble两个模型。HⅡPC模型包括三部分：热传导模型,金属模型,多孔模型。运用热传导模型,研究了入射能流和器壁厚度对器壁温度的影响；所得到的器壁温度分布可被进一步作为氢同位素滞留模型的输入参数。基于速率方程建立了金属模型,利用此模型研究了器壁温度对氢同位素在钨材料中的扩散滞留的影响,并研究了氢同位素在器壁中的滞留分布,以及当停止入射粒子后氢同位素的滞留演化。基于速率方程建立了多孔模型,研究碳材料和复合沉积层中氢同位素的滞留,器壁温度对氢同位素滞留的影响,辐照过后氢同位素释放速度的变化,以及复合沉积层增长过程中的滞留。为研究钨中氢同位素滞留过程中气泡的生长,开发一个理论模型并编写了相应的模拟程序HⅡPC-bubble。用相应的模拟研究了器壁温度和入射氢同位素量对气泡生长的影响,探索气泡容易在器壁表面产生及起层的原因。