在聚变托卡马克装置中,面向等离子体的部件（PFCs）承受着高的热负荷和粒子轰击,尤其是偏滤器区域。等离子体与面向等离子体的壁材料相互作用（PWI）导致PFCs的溅射,腐蚀、杂质产生、燃料滞留和杂质沉积。实验先进超导托卡马克EAST装置的第一壁材料是金属钼,上偏滤器靶是类ITER钨铜穿块结构,偏滤器拱顶和挡板是钨板热等压固定在CuCrZr基体。偏滤器的拱顶和挡板比偏滤器靶板承受的热负荷相对较低。然而,侧面裸露的CuCrZr基体有时会被强烈的等离子体事件,如边缘局域模（ELMs）、垂直位移事件（VDE）和电弧等溅射和侵蚀从而产生大量杂质。因此,在CuCrZr基体侧面覆盖钨涂层,期望起到保护和减缓CuCrZr基体裸露部位的溅射损伤,改善EAST托卡马克的长脉冲高参数稳态运行的品质。在EAST托卡马克运行过程中,实时在线原位监测诊断PWI过程至关重要。激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种具有远程、在线、原位元素测量能力的光学诊断方法,有潜力对PFCs进行实时诊断。本论文主要研究目标是实现LIBS技术表征单层和多层类ITER壁材料,特别是多层材料元素分布的厚度表征。本论文研究取得了如下成果:第二章,采用阴极电弧沉积法和磁控溅射法分别在CuCrZr合金基体和钢基体上制备了钨单层膜样品和钨-铝-钼多层膜样品。这些涂层样品具有类ITER的高Z材料特性。采用LIBS、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线能谱（EDX）、划痕试验和表面轮廓仪对涂层进行了表征。此外,等离子体热通量测试表明,制备的钨涂层具有较高的结合强度。第三章,通过利用线性等离子体装置（DUT-PSI）对钨涂层CuCrZr样品进行了等离子体热流测试,对W涂层的热行为进行了评价。在相同的工艺参数下对四种不同厚度的涂层进行了测试。SEM和EDX结果表明,厚度在5～13μm之间的W涂层对等离子体通量的抵抗能力达1 MW/m2。通过等离子体热载试验,发现厚度为17 μm涂层出现了一些裂纹,裂纹的形成是由于涂层表面形成的气泡造成的,这些气泡最终会削弱涂层并导致裂缝。气泡的覆盖物被去除,导致涂层表面的腐蚀。研究表明W涂层有可能将来可以用于保护EAST上偏滤器拱顶和挡板的CuCrZr基体侧面,减轻强等离子体事件的溅射和腐蚀。第四章,利用激光诱导击穿光谱（LIBS）分析了钨涂层的厚度分布。利用1064nm波长的Nd:YAG激光器在不同的激光能量密度下,对钨涂层进行了 LIBS深度分辨测量。分析了等离子体发射光与穿透深度和元素光谱的函数关系。利用线性相关系数法得到LIBS层图。观察到高斯激光束径向能量分布的不均匀性导致了涂层和基体材料等离子体发射光谱线的逐渐上升和衰减。研究了 320个连续激光在同一探测位的谱线强度演化。结果表明,在相同的激光注量密度下,W涂层的光谱强度高于块体W材料的光谱强度。通过优化实验条件,在低激光能量密度条件下实现了高分辨率的厚度测量。第五章,利用LIBS对钢基体上Al/W/Mo多层金属涂层的厚度分布进行了分析。用铝代替铍制备了一种类似ITER壁的多层膜。探讨了基于LIBS的数据处理方法,如强度背景减、强度归一化和线性相关系数方法,得到LIBS层图。在多层膜的厚度分析手段中,强度归一化法相对给出了多层膜厚度测量和界面分析的最佳结果。研究了连续90次激光辐照同一位置上不同材料烧蚀的谱线强度的演变规律。分析了不同激光能量密度下涂层材料的烧蚀速率。分析了激光烧蚀坑深度引起的材料再沉积和空洞约束效应等因素。观察了这些因素对连续激光辐照过程中激光与材料相互作用的影响。此外,用扫描电镜和轮廓仪测量了烧蚀坑的深度、形状和直径。研究了激光功率密度对烧蚀速率和烧蚀坑形状的影响。对烧蚀坑的LIBS元素分析与EDX结果一致。研究表明,LIBS技术是一种很有潜力的ITER类材料元素厚度分析技术,可以用来测定材料的腐蚀和杂质元素在面对等离子体部件表面的沉积情况。第六章,利用LIBS技术对沉积在EAST下偏滤器石墨瓦上的杂质进行了厚度分辨表征。LIBS分析表明,石墨瓦表面沉积层中存在W、Mo、Li、Na、Ca、Cr和C、Si、Ti等杂质元素。在瓦表面16个位置进行杂质沉积分析结果表明,高温等离子体与PFCs的相互作用导致Mo从第一壁被侵蚀,W从上偏滤器被侵蚀、C从下偏滤器被侵蚀以及Li层的侵蚀。深度剖面测量表明,不同深度和瓦表面位置,杂质具有不均匀沉积特性。八个测量位置得到的LIBS数据表明不同厚度沉积层的不均匀沉积。对比扫描电镜和能谱分析进一步证实了杂质沉积及其元素组成特征。研究表明,LIBS技术有能力监测EAST装置中PFCs的腐蚀和沉积。第七章,对研究工作进行了总结并对后续的研究工作进行了展望。