国际热核聚变实验堆（ITER）在高参数运行期间一旦发生等离子体破裂，将会受到来自热沉积、电磁应力以及逃逸电子等方面的威胁。如果不对破裂加以缓解，装置的安全运行将受到严重的威胁。破裂缓解系统是ITER装置上最重要的组成部分之一，它将通过主动注入大量的杂质快速关断等离子体以达到如下目的：降低热猝灭期间的热负荷；降低电流猝灭期间的电磁应力负荷；抑制或缓解逃逸电子的产生。可靠、有效的破裂缓解能够为ITER的安全运行提供重要保障，因此必须深入、系统地研究破裂缓解过程中等离子体的行为特征及相关的物理机制。
　　本文以J-TEXT托卡马克装置为平台，开展了基于大量杂质气体注入方式（MGI）的破裂缓解实验研究。为了更好地开展破裂缓解中环向辐射不对称性及逃逸电子相关研究，本文在J-TEXT装置上设计并搭建了相应的诊断。其中环向辐射诊断可用于研究破裂期间等离子体的辐射响应，评估环向峰化因子；逃逸电子同步辐射诊断可用于研究约束在等离子体内的高能量逃逸电子的形成及损失特性。本文的主要研究内容如下：
　　首先，本文系统地研究了MGI快速关断过程中等离子体的行为演化特征，包括等离子体的温度、密度剖面、磁流体不稳定性和辐射的演化特性以及逃逸电流产生区间。MGI关断过程可分为三个阶段：前兆阶段，热猝灭阶段和电流猝灭阶段。实验结果表明在前兆阶段，杂质注入将解稳n=1为主的磁流体不稳定性，其初始相位由MGI阀门的位置决定，并且杂质的输运行为具有三维特征。杂质到达q=2面后会在其附近堆积，辐射冷却机制将驱动撕裂模快速增长并最终触发破裂。环向辐射不对称性主要由n=1的磁流体不稳定性以及杂质的分布决定。统计结果表明增加杂质注入量或降低边界安全因子将加速关断过程。通过注入适量的氩杂质可以稳定地形成逃逸电流平台，其形成由初级和热尾部机制共同主导。通过参数扫描确定了逃逸电流转化率与等离子体位形、密度、纵场强度、安全因子、磁流体不稳定行为等因素之间的依赖关系。
　　随后，本文开展了锁模情况下的破裂缓解实验研究，并发现破裂前2/1磁岛的相位和宽度能够影响MGI关断过程以及逃逸电流的产生。实验结果表明磁岛引入的三维效应主要影响前兆及热猝灭过程，而对电流猝灭阶段无明显影响。当磁岛宽度超过一定阈值（WT≈5cm）后，磁岛相位对关断过程的影响满足n=1的正弦关系。当2/1磁岛的O点与MGI阀门的相对相位?φ=+90°时，能够提高前兆阶段杂质的注入深度和注入效率，并导致热猝灭过程加快，磁面随机化程度变高。而在相反相位下，杂质的注入深度和注入效率变差，热猝灭过程减缓，磁面随机化程度变低。这可能与大磁岛情况下磁岛周围形成的E×B涡旋流有关。此外，锁模情况下的环向辐射不对称性更加严重。在此基础上，本文开展了磁岛相位影响逃逸电流产生的实验研究。实验结果表明在?φ=+90°附近，逃逸电流能够被完全抑制，而相反相位时逃逸电流无明显抑制效果。
　　最后，本文基于三维单流体数值模拟程序对锁模情况下的破裂缓解过程进行了分析。模拟结果表明，2/1磁岛相位能够影响杂质、粒子和热输运行为以及磁重联过程。MGI在特定相位下注入时，破裂期间等离子体芯部的磁扰动水平更高，更有利于逃逸电子的损失，模拟结果与实验结果一致。
　　本文的研究工作为ITER破裂缓解系统的成功运行奠定了基础，对理解ITER破裂缓解过程以及优化破裂缓解策略具有重要的参考价值。