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人类追求聚变的梦想和脚步不仅仅是为了实现人类文明的伟大创新，还是为了完成自我救赎。随着全球环境的逐步恶化，实现聚变能的可控使用也变得刻不容缓。本论文面向ITER将要面临的难题，在EAST上展开研究。核心解决三个问题:1，低杂波(LHCD)抑制边缘局域模(ELMs)的物理机制—LHCD在SOL层中驱动快电子通量;2，低杂波如何在天线口沉积hot spot;3，托卡马克边界高时空电子分布如何获得以开展H模下边界快时间尺度研究。 本论文首先概述了实现聚变能的关键节点--ITER的近况，简要分析为了建造ITER而进行的设计调研，而后介绍了ITER的工程搭建，当前的进度状况以及ITER项目在进展过程中面临的困难，随后展望了ITER之后的发展。 本论文简要分析了L-H转换时等离子体的行为，包括湍流水平的下降，电子输运系数和离子输运系数的降低。而后简要论述了造成这些现象的原因一边界Er电场阱产生的剪切减小了湍流的径向相关长度。随后简要分析了边界局域模（ELMy）的产生机制，这其中电阻性气球模、理想气球模、剥离-气球模、剥离模等磁流体不稳定性对边界局域模的爆发有重要作用。简要论述了实验上发现的小ELMy和无ELMy现象，并讨论了一些准相干模在这些运行区间主导输运的现象。简要论述实验上控制ELMy的一些方法，这些方法为未来发展成自动控制ELMy反馈系统有重要意义。 本论文发展了RFA诊断，基于kurt等人在EAST上研发的RFA探头，在RFA探头顶端安装了四探针，以达到同时测量电子温度，电子密度和离子温度的目的。本文概述了RFA探头在国际上的研究现状，阐述了RFA探头设计原理，基于设计原理而合理选取各子部件参数，以及加工组装RFA探头。本文将2012年RFA测量数据和2016年测量数据进行了对比。 本论文研究了低杂波放电下引起边界磁拓扑改变的物理机制，即低杂波在刮削层(SOL)中驱动电流。基于实验上用减速场能量分析仪（RFA）测量的快电子通量，在理论上发展了一个简单模型来剖析高n‖的低杂波如何在SOL中产生电流和能流。根据天线口波导尺寸和天线口探针测量等离子体密度和温度计算了2.45GHz低杂波天线发射波谱。理论分析结果和RFA实验测量数据符合良好。同时，理论预言在距离低杂波天线口2-3mm的区域存在薄电流层和能流层，而这在2016年4.6GHz低杂波运行期间得到验证。本论文运用物理模型对4.6GHz低杂波在天线口沉积能流产生hot spot引起保护限制器表面刻蚀进行了物理解释。模型指出，不仅低杂波产生的能流会增加限制器表面的热负荷引起强烈的物理溅射，低杂波驱动的电流会增强限制器表面的电势1-3倍，有可能引起锂杂质对石墨层的化学溅射。 本论文主要工作之一是在EAST上搭建多能段软X射线诊断(ME-SXR)。通过跟NSTX合作，吸收其诊断的原理及技术知识，作者成功将ME-SXR在EAST上搭建。本文概述了ME-SXR诊断原理，诊断整体设计（包括诊断参数设计原理、ME-SXR探头和光路设计、电子学设计、诊断各子系统的集成等）。试制探头外壳，进行了大量的气冷和水冷试验。为了保护探头和电子学，反复修改机械部件设计方案。进行大量电子学台面测试并解决噪音干扰问题。针对2014年面临的问题进行诊断整体改造并在2015年实验中获取有效数据。针对实验期间诊断维护费时费力，将手动控制增益升级为炮间增益自动调节。 随着ME-SXR诊断经过2015年的改造之后运行正常，利用其测量数据分析重构了边界电子温度剖面。利用机械臂和激光水平仪对探测光路进行精确定标发现安装后的探测光路R∈2103.1，2278.4]mm，Z=[211.5196.8181.4166.5151.3]mm。安装标准光源于探头前端作为信号，测量多道电子学增益的差异引起的差值。测量信号表明，不同道之间差异不大于10％。分别使用理论计算和神经网格方法重构电子温度剖面计算。其中理论计算从探测器测量原理出发，通过不同铍膜的比值得到电子温度。神经网格利用ME-SXR测量信号以及电子温度剖面数据、电子密度数据以及有效杂质数剖面组成的数据库不断训练网格得到一个伪蒙特卡洛统计样本，从而得到平均电子温度和统计电子温度标准偏差。经过神经网格计算之后可以使测量等离子体电子温度剖面时间演化分辨率从10hz提升到10khz，极大的提升诊断的物理分析能力。 利用ME-SXR测量数据进行了初步的实验研究。测量H模下边界辐射强度演化，实验发现如同压强剖面垒，辐射强度剖面也会存在台基垒，进行Abel反演之后的局域发射率剖面在台基顶部存在最大值。利用ME-SXR测量的电子温度剖面，微波反射仪测量电子密度剖面，电荷复合交换光谱测量离子温度剖面，环向旋转剖面研究了不同NBI注入方式下，H模等离子体约束行为比较。发现反向束NBI显著改变芯部离子温度和边界环向旋转，但是边界电子温度和电子密度并未有显著改变。同时反向NBI注入下ELMy频率会增加，存在杂质输运的反向束加热条件下会使边界等离子体从TypeⅠELMy运行区转换到到高频小幅度ELMy的运行区，高频小幅度ELMy运行区等离子体约束更好，靶板热负荷更好。