在未来聚变堆级别托卡马克装置中,偏滤器靶板将面临～100 MWm-2的超高稳态热流。过高的热流不仅损伤偏滤器部件,而且会溅射杂质降低等离子体约束甚至导致放电终止,这是托卡马克聚变将要面对的巨大难题。除了依靠工程材料的发展,物理上,偏滤器等离子体脱靶运行是解决此难题非常有前景的方法。偏滤器脱靶就是利用高密度或者杂质注入等方法增加等离子体到达靶板前的能量耗散,使得到达靶板时能量显著降低。本文通过EAST偏滤器脱靶的实验研究旨在进一步理解脱靶的物理图像和机理,探索解决托卡马克偏滤器超高热流难题的脱靶运行方案。偏滤器探针是EAST脱靶研究最直接的诊断。近年来,EAST发展了 7个阵列98组三探针,覆盖上下偏滤器内外靶板,空间分辨率约为12.5 mm,时间分辨率为0.02 ms。在EAST长期长脉冲放电中,烧蚀导致探针收集面积无法准确获得。针对该问题本文提出了探针有效收集面积-累计注入能量的分析模型用来修正数据。经过与全新探针数据以及其他诊断数据相互验证,该方法可以大幅度提高诊断数据的准确性。诊断的发展及数据校准方法为本文脱靶研究奠定了基础。EAST在ITER-like钨偏滤器下已经实现了高密度自然脱靶,脱靶后偏滤器电子温度降低至～5 eV,粒子流随密度增加反而降低,离子-电子再复合增强,偏滤器能量辐射增强,靶板表面温度降低。实验研究发现:封闭的偏滤器脱靶阈值较低;打击点靠近偏滤器角时有利于脱靶。这二者都归结于偏滤器封闭性增加有助于提高中性粒子密度,进而增加能量耗散。实验还观察到等离子体电流越大,绝对脱靶密度略增,但归一化脱靶密度越低,这与高等离子体电流导致高的密度极限有关。另外,研究表明随着辅助加热功率增大,脱靶阈值变高。EAST上钨偏滤器欧姆放电脱靶阈值低于0.4nG,L模区间为0.5nG-0.7nG,H模高于0.7nG。当功率超过～4 MW时,EAST上钨偏滤器很难实现自然脱靶。对于EAST L模放电,内靶板总是先于外靶板脱靶,与等离子体位型、环向磁场、等离子体电流、加热功率均无关。对于H模放电,脱靶的内外不对称性与环向磁场方向有关。高功率托卡马克很难实现自然脱靶,杂质注入是脱靶运行的主要手段。EAST通过偏滤器杂质注入结合脱靶反馈控制实现了稳定的脱靶运行。脱靶后偏滤器电子温度、热流、压强、靶板温度均明显降低,等离子体储能及能量约束依然保持较高水平。实验中对相关等离子体参数及杂质注入位置进行优化,以便利用最少杂质最有效缓解热流且兼容芯部高约束等离子体。研究表明:相对于刮削层（SOL）上游,在SOL下游注入杂质更有利于脱靶,因为SOL下游注入杂质时其辐射区主要集中在偏滤器。SOL上游/下游氘（D2）注入实验表明:SOL下游注入D2后粒子多集中在偏滤器打击点附近,而SOL上游注入D2后粒子将均匀分布在偏滤器靶板上。此外还发现打击点与充气口极向距离越近,杂质更易被电离,有利于脱靶。私有通量区注入杂质时其辐射效果弱于在靶板刮削层侧注入。针对杂质注入后的环向效应,目前EAST参数条件下单一位置注入杂质即可实现环向全域等离子体脱靶。进一步的实验也发现以超高速率注入D2才会导致粒子环向不对称分布。综上,在SOL下游且靠近打击点处注入杂质最有利于脱靶,且环向仅需单一充气口。在长脉冲脱靶放电中,需要准确控制杂质注入量。为此基于EAST偏滤器探针诊断发展了多种脱靶反馈控制方法,利用诊断数据馈入等离子体控制系统,进而对杂质注入速率实时调节,实现稳定脱靶运行。经过大量实验探索,EAST在2021年成功获得了 30 s长脉冲稳定脱靶等离子体,验证了长时间尺度下偏滤器脱靶运行的可行性。在杂质脱靶实验中还发现氖杂质注入实现脱靶过程中抑制了边界局域模,达到了同时缓解稳态和瞬态热流的效果。在氦等离子体放电条件下实现了高密度自然脱靶和杂质注入脱靶。氦等离子体脱靶的特征与氘等离子体基本一致,但其脱靶阈值明显高于氘等离子体。本文定量地分析了探针烧蚀导致的收集面积变化并提出了有效修正方法,大幅度提高了诊断数据的准确性。在EAST上明确了偏滤器封闭性、等离子体电流、加热功率、燃料粒子种类对脱靶的影响并揭示了其物理机理。系统地研究杂质注入位置对脱靶及芯部兼容性影响,确定了杂质注入的最佳位置,证实了 EAST目前参数条件下单一位置充气即可实现全域脱靶。本研究为脱靶物理理解及托卡马克脱靶运行提供了数据支持。