在托卡马克等离子体中,电子能量超过一定阈值后其受到的碰撞阻力会小于其受到的电场加速力,之后这部分电子就会被持续加速到很高的能量,这一现象被称为电子逃逸现象,这些电子被称为逃逸电子。这些高能逃逸电子一旦损失出去会对装置第一壁等面向等离子体的部件造成严重的损害,甚至使其局部熔化。目前逃逸电子仍然是威胁未来托卡马克类型磁约束核聚变反应堆安全的一个重要、尚未解决的关键科学问题,因此迫切地需要寻求缓解或抑制逃逸电子威胁的途径。决定逃逸电子威胁的关键因素是其密度分布、能量分布和损失区域分布,而这些都由逃逸电子的分布函数决定,包括其空间分布、能量分布和θp（逃逸电子速度方向与磁力线之间夹角）分布,因此对逃逸电子分布函数及其随时间的演化的研究非常重要。基于高能逃逸电子在托卡马克内产生的同步辐射特性,研究被约束在等离子体内部的逃逸电子的分布函数,是目前最直接、重要,甚至是唯一的研究手段,这也正是本论文的主要研究内容。首先,本论文研究了逃逸电子参数对同步辐射图像的影响。基于I.M.Pankratov的解析公式、我们自己开发的二维模拟程序以及M.Hoppe的三维模拟程序 SOFT（Synchrotron-detecting Orbit Following Toolkit）的模拟研究结果表明,逃逸电子的同步辐射特性明显受其空间分布、能量分布和θp分布的影响。逃逸电子的空间分布对其同步辐射空间分布的影响最为明显,在逃逸电子密度相对低的区域,其同步辐射强度明显变弱,特别是当逃逸电子密度在等离子体芯部较低时其同步辐射图像会呈现空心结构。逃逸电子的能量主要影响同步辐射强度从高场侧到低场侧的衰减速度,当能量较低时,逃逸电子同步辐射会迅速衰减至趋近于0,使得只能观察到高场侧同步辐射。而无论是在二维还是三维模型下,在θp很小时,只有很窄范围内的逃逸电子的同步辐射可以被观察到,被观测到的同步辐射范围会随着θp的增大而增大。其次,研究了逃逸电子分布函数及其随时间的演化。主要方法是,借助EAST装置上已有的红外诊断系统的数据,将逃逸电子的不同分布函数带入SOFT程序进行模拟,通过对比模拟结果与实验结果来推导最符合真实的逃逸电子能量以及θp分布。对于逃逸电子分布函数首先假设空间分布为高斯分布,ξ=cosθp为指数分布,能量为单能。在获取比较符合实验的逃逸电子θp分布以及能量后再对逃逸电子的能量分布进行探索。研究表明逃逸电子分布在最佳能量附近较小范围内时模拟与实验结果之间误差较小,主导同步辐射的这部分高能逃逸电子是准单能的。同时,利用逃逸电子的同步辐射频谱作为补充条件,可以更精确的获取逃逸电子的能量,为发展频谱红外相机诊断系统提供了重要依据。以此为基础,对逃逸电子参数随时间演化的进行研究,结果表明在电流爬升阶段逃逸电子能量逐渐增加,到达平顶段后开始下降,逃逸电子平均θp在电流爬升阶段以及平顶段初期一直呈上升趋势。之后,研究了在EAST实验中观测到的捕获逃逸电子行为。理论和模拟结果都表明逃逸电子在等离子体中可以被捕获而形成捕获逃逸电子,我们在EAST实验中首次观测并证明了捕获逃逸电子在托卡马克等离子体中的存在,这也是国际上首次在实验上观察到捕获逃逸电子的同步辐射。研究结果表明,尽管在等离子体中捕获逃逸电子占比很低,但是因为实际的单个捕获逃逸电子的同步辐射功率比通行逃逸电子高几个数量级,所以依然会出现捕获逃逸电子主导同步辐射的情况。在捕获逃逸电子主导同步辐射时,因为大部分捕获逃逸电子无法达到高场侧,所以高场侧同步辐射强度弱。我们根据逃逸电子同步辐射变化随等离子体大半径变化趋势,以及发展的试探粒子模型对捕获逃逸电子的能量以及θp进行估计。根据这些参数使用第一次在模拟上发现捕获逃逸电子的模拟程序KORC（Kinetic Orbit Runaway electron Code）对EAST中捕获逃逸电子同步辐射图像进行模拟。模拟结果无论是同步辐射形状还是同步辐射强度随着等离子体大半径的变化都能与实验符合的很好,验证了之前数值计算的结果。最后,研制了一套用于观测逃逸电子的高帧频频谱红外诊断系统。基于上述研究结果,在EAST上发展了一套专门用于逃逸电子同步辐射特征研究的中波、高速、频谱红外相机诊断系统。中波红外波段是EAST上逃逸电子同步辐射谱功率最集中的波段,高速数据可用于逃逸电子不稳定性及破裂逃逸电子行为研究,红外频谱可用于逃逸电子同步辐射谱的实验研究。目前已经完成了整套系统在EAST装置上的建立并取得了初步数据,为后续的研究提供了重要基础。综上所述,本论文基于高能逃逸电子在托卡马克内产生的同步辐射特性,研究了逃逸电子的同步辐射特性、逃逸电子的分布函数及其随时间的演化、捕获逃逸电子行为,并研制了一套高帧频频谱红外诊断系统,相关研究结果为缓解和抑制逃逸电子的威胁提供了重要支持。