磁约束核聚变可以为未来提供充足且持久的能源。具备约束磁场和等离子体电流的托卡马克是目前最先进的装置类型。等离子体与真空室之间会产生环向的halo电流，对真空室有很强的向外电磁力作用。本研究使用不同的新型理论模型计算等离子体的动态响应和halo电流。首先计算等离子体总能和稳态磁场截面，包括倾斜状态以获得垂直位移事件下的响应。等离子体能量和位形模型的开发分为两部分。第一部分，新型的3D模型可以更高效地研究不同约束条件下的等离子体位形和主要参数，包括若干离散点上初始状态的敏感度分析。第二部分中，使用该等离子体总能模型和上述计算结果分析环向电流产生的磁场在不同的α和β下的截面。这个理论模型证明，在离散点((a，b)&(r，z))上联立稳态和倾覆力矩是可以建立满足R0=1.7～1.8，B0=3.5T，等离子体电流IP≤MA的三维坐标系的。再进一步，产生磁场的195×12（两种情况）匝电流环也得以建立。等离子体总能便通过两种工况（稳态和随alpha倾斜）下每30度的β正弦截面计算出来。
　　在等离子体破裂过程中，尺寸和位置同时衰减，因此产生了在周向和环向接触点间的halo电流。因此，发展了一种新型数学模型来计算halo电流产生的电磁力，以及垂直方向和径向的等离子体响应（线性和非线性）。这个模型可以更方便地描述离散点的磁场以及磁通量的变化，从而分析稳态和倾斜状态下的等离子体。
　　在发展halo电流理论模型过程中，首先计算环向和周向磁场分布来获得离散点上等离子体磁场。同时计算halo电流，建立理论模型。计算中考虑了等离子体向上/向下接近偏滤器的两种工况。等离子体环向和周向运动和对应的数学方程也得以建立。还计算了两个以(r，z)描述的点之间的halo电流变化。然而，halo电流首先在外侧沿顺时针方向接触壁面，其峰值为等离子体电流的0.4倍。本研究的创新之处在于首先从理论角度对halo电流进行了计算。因此，本研究发展了matlab程序计算等离子体总能，halo电流，等离子体动态响应和磁场。