托卡马克磁约束核聚变被认为是最有可能让人类实现和平利用核聚变能的一种方式。对于未来托卡马克装置而言,如何将聚变反应所产生的能量安全有效地排出将是一个巨大的挑战。偏滤器作为托卡马克装置中主要的热沉积部件,势必承受着巨大的热负荷。尽管目前包括EAST在内的很多托卡马克装置都相继把偏滤器靶板材料由碳材料升级成了更为耐热腐蚀的钨材料,但对于未来反应堆而言,其偏滤器靶板所承受的来自聚变反应的热流将远比当前正在运行中的托卡马克的偏滤器所承受的热流要高。大量高温等离子体沉积到偏滤器靶板上对靶板材料的腐蚀是无法避免的,因此能否解决偏滤器靶板的热负荷过大问题将在一定程度上决定着托卡马克磁约束聚变的未来前景。目前来说,解决偏滤器靶板热负荷的方式主要有几种。第一种方式是通过注入杂质来增加刮削层(SOL)以及偏滤器区域的辐射。通过辐射的方式使得大量能量能够更均匀地分布于第一壁和偏滤器靶板从而降低了打击到偏滤器靶板的热流。然而这种方式可能会影响到等离子体芯部的约束性能,因为可能会有少量的杂质粒子进入芯部,从而增加了芯部的辐射而导致芯部约束性能降低。另一种方式就是通过增加刮削层粒子流和热流打击到偏滤器靶板的接触面积,从而达到降低偏滤器靶板平均热负荷的目的。目前来说可以通过几种方法来增加等离子体与偏滤器靶板的接触面积。第一种方式是采用特殊的偏滤器位型来增加接触面积,比如雪花偏滤器位型。然而特殊偏滤器位型往往需要更多的偏滤器线圈来产生,由于偏滤器线圈是极为昂贵的,因此采用此类特殊偏滤器位型势必会增加聚变能的成本。另一种方式就是通过扩宽偏滤器的热沉积宽度(又称热流宽度或SOL宽度)来达到降低靶板热负荷的目的,而本论文的主要研究内容就是通过实验与模拟结合的方式研究电流和不同加热方式等放电参数对EAST偏滤器热沉积宽度的影响以及通过数值模拟对中国聚变工程试验堆(CFETR)的偏滤器热流宽度进行预测模拟。其中EAST实验部分主要依托EAST偏滤器探针诊断系统,模拟部分主要利用两个边界大型模拟程序SOLPS和BOUT++。主要包括以下内容:(1)通过实验和模拟结合的方式研究了等离子体电流对EAST偏滤器热沉积宽度的影响。实验研究表明,无论是低杂波(LHW)加热放电还是中性束注入加热(NBI)放电,无论是高约束模式(H模)还是低约束模式(L模),等离子体的偏滤器热沉积宽度都随着等离子体电流的增大而减小,这一结论和国际上多装置的联合实验研究结果一致。另外通过模拟的方式对几炮不同等离子体电流的放电炮进行了模拟,模拟发现等离子体电流影响热沉积宽度的原因可能是由于不同等离子体电流下的连接长度不同而导致的。等离子体电流与连接长度呈反比关系,而连接长度越长,粒子和热流在SOL中的径向输运时间就越长,因而偏滤器热沉积宽度越宽。这一模拟研究在一定程度上解释了热沉积宽度与等离子体电流呈近似反比的内在原因。(2)通过实验与模拟结合的方式研究了不同加热方式对EAST偏滤器热沉积宽度的影响。我们通过实验研究发现,LHW加热等离子体的偏滤器热沉积宽度约为NBI加热等离子体的偏滤器热沉积宽度的两倍。进一步研究发现,偏滤器热沉积宽度与LHW加热功率占加热总功率的比值呈正相关关系。为了进一步弄清LHW与NBI加热影响偏滤器热沉积宽度的内在因素,我们利用模拟的方式研究了两炮分别以LHW和NBI加热为主的稳态H模放电炮。研究发现漂移在两炮放电的边界径向输运中都起着主导作用,但LHW加热放电炮中的背景湍流的强度要比NBI加热放电炮中背景湍流强度大很多,这可能是导致LHW加热放电具有更宽的偏滤器热沉积宽度的内在原因。(3)通过模拟的方式研究了径向输运对EAST偏滤器热沉积宽度的影响。我们利用SOLPS和BOUT++程序对粒子和热径向输运系数进行了扫描模拟,研究发现偏滤器热沉积宽度随着径向输运系数的增大而增大,这一模拟结果与理论定标一致。(4)通过实验与模拟结合的方式研究了 EAST不同约束模式对偏滤器粒子流宽度的影响。我们把实验中grassy ELMy以及type-I ELMy放电下的粒子流宽度与BOUT++输运系数扫描模拟中得到的粒子流宽度进行了对比,发现不同约束模式放电具有不同粒子流宽度是因为不同约束模式放电下的径向背景湍流强度不同所导致的。(5)利用BOUT++输运程序与SOLPS程序对CFETR初步偏滤器结构下的稳态等离子体放电的偏滤器热流宽度进行了预测模拟。BOUT++模拟结果表明粒子流宽度超过热流宽度的2倍大小。BOUT++模拟得到的CFETR热流宽度约为2.56 mm而SOLPS模拟的Ar杂质注入放电条件下的CFETR热流宽度约为6.01 mm。二者虽没能进行很好的匹配,但二者的模拟结果均表明CFETR的热流宽度将比依据现有实验装置的实验定标率对CFETR热流宽度的预测值要大很多。(6)通过对比BOUT++输运程序和BOUT++湍流程序模拟得到的CFETR热流宽度以及漂移模型预测的热流宽度,我们发现CFETR放电下的边界径向输运已不再由漂移所主导,而是由背景湍流所主导,这也解释了为何依据以漂移为主导的现有装置的热流宽度实验定标率无法很好地预测CFETR的偏滤器热流宽度。