托卡马克装置是探索实现磁约束核聚变的重要装置,随着托卡马克中功率的不断提升,来自上游等离子体作用在偏滤器靶板的热流将远超目前偏滤器靶板能够承受的最大热负荷,因此能量排除(power exhaust)问题成为实现核聚变最关键的问题之一。主动地引入惰性杂质气体,通过电离和电荷交换引起偏滤器和刮削层的辐射上涨,即采用辐射偏滤器运行模式,可以有效地降低偏滤器靶板上的热流和粒子流。本论文通过实验和数值模拟的方法,依托于EAST全超导托卡马克装置,全面系统地对注入Ne/Ar情形下的辐射偏滤器等离子体展开研究。本文的研究结果可以为EAST长脉冲高参数稳态运行目标的实现和ITER和CFETR等未来核聚变装置中的辐射偏滤器运行积累经验和提供参考。本论文首先介绍了辐射偏滤器研究相关的理论和模型。辐射偏滤器等离子体中包括了复杂的等离子体和原子分子物理过程,通过简单的一维模型“两点模型”和等离子体鞘层理论,可以基本了解等离子体的基本状态和脱靶机制;反常输运的相关理论可以解释部分等离子体边界垂直输运,同时对于理解SOLPS软件(Scrape-Off Layer Plasma Simulation)计算模型也有帮助;等离子体中的各种辐射在能量排除过程中起了关键作用,论文也对等离子体中的辐射进行了简介。自2014年EAST将上偏滤器升级成ITER-like钨铜偏滤器后,搭建了新的偏滤器充气系统,极大地缩短了气体进入偏滤器的延迟时间,同时借助于EAST上的各种物理诊断,在新的钨铜偏滤器条件下开展了一系列的针对Ne和Ar注入情形下的辐射偏滤器的实验研究。在对Ne注入下的辐射偏滤器等离子体研究中,对比了不同比例Ne/D2混合气体在降低靶板热流,促进等离子体脱靶和造成偏滤器靶板物理溅射的差异;同时也对不同的进气方式进行了研究,多个短脉冲的进气方式可以有效地避免过多杂质进入等离子体芯部区域造成等离子体的约束品质下降,但实现等离子体的脱靶效率会受到一定影响;基于对不同比例和不同进气方式等实验的经验积累,分别进行了辐射反馈控制实验和脱靶反馈控制实验,实现了对总辐射功率和靶板打击点处电子温度的反馈控制。通过反馈控制可以有效地取得脱靶等离子体,同时避免过多的杂质进入等离子体芯部。同样地对Ar注入等离子体也开展了研究,结果展示了 Ar杂质实现等离子体脱靶的高效性,但对注入Ar的总量有更严格的要求,过量的Ar杂质很容易导致芯部能量约束出现重大损失。注入Ar杂质也会带来严重的靶板表面刻蚀,只有在实现偏滤器脱靶时,Ar对偏滤器靶板的刻蚀才能得到部分抑制。论文同时也对Ne和Ar注入下的实验结果也进行了对比分析。为了验证实验结果,补充诊断数据的空白,理解实验背后的物理机制,本论文在研究中引入了SOLPS-ITER软件进行了EAST辐射偏滤器的数值模拟。首先对注入Ne和Ar的辐射偏滤器等离子体进行了验证性模拟,模拟结果基本可以与实验测量结果保持一致。同时基于验证性模拟取得的结果,本论文还进行了预测性的模拟研究,得到了不同Ne杂质注入速率下等离子体可能出现的结果,这对于未来将要进行的辐射偏滤器实验有着重要的参考意义。