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超导磁体是磁约束聚变装置的关键部件之一，超导磁体安全运行评估（电流密度、冷却温度及背景场）的计算主要基于超导材料的临界特性，其设计和优化的目标是获得合适的磁体配置，最终实现物理要求的磁场位型和场强。论文以托卡马克CFETR(China FusionEngineering Test Reactor)装置与QAS(Quasi-axisymmetry Stellarator)仿星器装置的磁体为研究对象，通过理论计算、模拟分析和实验研究等方式对磁约束聚变装置超导磁体进行归纳总结，并初步开展了超导磁体安全性分析和实验研究工作。全文共分六章，主要内容包括以下几部分。 首先，结合托卡马克和仿星器超导磁体设计理论异同点，系统讨论了超导磁体的设计理论、方法以及相关的设计评判标准。 其次，在理论分析计算的基础上，开展了CFETR装置针对TF、PF、CS超导磁体进行详细概念设计与分析;利用有限元工具进行了超导磁体电磁、结构及超导体的优化与稳定性校核。完成了与ITER装置尺寸接近的超导磁体导体设计，完成了纵场磁体最高磁场10.8 T，运行电流67.4kA@4.5K和中心螺线管最高磁场12T，运行电流60kA@4.5K，最高提供160VS的Nb3Sn超导磁体概念设计，并对Nb3Sn超导体的临界参数和失超保护回路进行了系统计算和理论分析。并给出了相应的优化设计参数，为我国未来聚变堆超导磁体的原型件设计与优化提供了参考依据。 再次，开展了两周期QAS-LA(Quasi-Axisymmetric Stellarator-Low Aspect Ratio)仿星器（环径比Ap=3，β～4％）的磁体设计，详细阐述仿星器磁体设计的一般理论和方法，结合其物理机理，重点探讨了电磁参数与扭曲磁体数学模型之间的优化技术，提出了三维几何拓扑关键设计参数，包括等离子体到线圈的距离，线圈与线圈的距离，曲率半径，导体尺寸的大小，并对QAS仿星器模块化磁体的电磁特性进行了系统分析。同时，进一步建立了有效的数学模型，通过理论推导和公式拟合，总结相邻三维非规则两个磁体之间的最大场强与线圈的Δc-c和ρ三维拓扑参数的关系，并推导一般数学关系。 最后，开展超导磁体安全性设计与分析。结合目前超导材料的发展情况，通过采用高温超导+低温超导的混合磁体技术，以提高聚变装置超导磁体运行参数，拓展高场混合磁体的基础理论和应用研究，以进一步开展前瞻性技术研究工作。同时，结合工程实际，开展高场超导磁体的导体稳定性分析与低温高压绝缘实验研究等磁体安全工程工作，对于进一步发展大型低温超导磁体和实现磁体长期稳定运行有着重要意义。