1982年前后,F.Wagner等研究者在德国ASDEX托卡马克上首次发现了高约束模(High-confinement mode,H-mode)的存在,研究发现当中性束加热功率超过一定阈值时,托卡马克等离子体将自发形成边界台基区,边界湍流输运被抑制,能量约束时间成倍增加,极大改善了装置的约束性能。然而H模约束性能的改善却伴随着一种全新的不稳定性,即边界局域模(Edge-Localized Modes,ELMs)。这是一种在边界准周期性爆发的不稳定性,会导致边界台基周期性的崩塌,崩塌产生的大量粒子流和热流在极短时间尺度内喷射到等离子体壁材料上,严重缩短材料寿命,威胁装置安全。如何在维持H模的情况下,降低或控制ELMs爆发的幅度,一直是近三十年来聚变研究中最重要的课题之一。目前实验上控制ELMs的方法主要包括共振磁扰动场(Resonant Magnetic Perturbations,RMPs),弹丸注入,位型控制,辐射偏滤器等。其中RMP作为一种主流的控制方法,依赖于外部线圈产生的三维扰动磁场。在未来的聚变堆中,由于中子辐照的存在,真空室内的RMP线圈可能并不能适用于ELMs控制。因此探索不依赖于外部线圈的RMP产生方法存在重要意义。2012年前后,中科院等离子体所研究人员在EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克上通过低杂波(Lower Hybrid Wave,LHW)调制实验发现低杂波对ELMs存在抑制作用,并通过模拟方法提出了一种可能的物理机制,即低杂波在刮削层(Scrape-off Layer,SOL)部分耦合驱动快电子,快电子电流产生的三维扰动磁场同RMP线圈的扰动场具有相似特征,有影响ELMs行为的能力。另外,一些理论研究也表明通过靶板偏压等方法有望驱动出足够强的刮削层电流来控制ELMs。然而,主动驱动刮削层电流的相关实验和理论分析仍然处在起步阶段。因此,本文将首次利用动理学模拟方法研究偏压驱动下的刮削层电流特征,得到自洽的刮削层电势分布和电流分布,并对未来的偏压实验提出理论预计和指导意见。本文的工作大致可分为三个部分:第一部分主要包括了动理学计算模型的搭建工作。包括如何建立弗拉索夫-达尔文系统,并且将其耦合于粒子模拟(Particle-in-cell,PIC)程序中,如何求解电磁场方程,并最终构建出一个二维实空间三维速度空间(2D-3V)的PIC模拟程序,如何分析程序的数值稳定性以及实现并行化等相关数值问题。第二部分主要包括验证PIC模拟程序的有效性,通过对几个经典的动理学现象和不稳定性的模拟,并与动理学线性理论结果进行对比,分析模拟程序的可靠性。文中列举的动理学模拟验证主要包括双流不稳定性、朗道阻尼、电子伯恩斯坦波和玻姆鞘等。第三部分是全文的重点内容,主要包括对偏压驱动刮削层电流的一维理论分析和利用二维PIC模拟程序对靶板偏压的模拟结果。理论分析和模拟结果表明,偏压驱动的电流在刮削层内存在弥散,并不是平行于磁力线的固定电流。由于等离子体鞘的存在,大部分的偏压将被电子鞘屏蔽在电极附近,无法进入等离子体。另外,电流体系必须达到一种宏观双极输运(Globalambipolartransport)状态才可能达到平衡,这将导致电流在平行磁力线方向上的衰减。在简单几何的二维模拟中,这种衰减是线性的,从电子饱和流强度逐渐衰减至离子饱和流强度。PIC模拟与J-TEXT托卡马克上关于靶板偏压的实验结果都表明偏压驱动的刮削层电流在平行方向上存在衰减。最后本文将分析讨论实际托卡马克位型下利用靶板偏压驱动刮削层电流的可行性,并依据模拟结果对刮削层偏压实验做出推测和合理化建议。