等离子体破裂对托卡马克装置的危害极大，如局域的热沉积、逃逸电子以及晕电流等均会损坏装置，而且破裂对装置的危害随着等离子体参数的提高而增大。等离子体破裂的主要原因是磁流体动力学(magnetohydrodynamic，MHD)不稳定性增强。在未来的高参数托卡马克装置中，必须达到对破裂危害95%~99%准确率的缓解。注入大量杂质是缓解破裂危害的可能办法之一，也是目前使用最多的方法。大量杂质的注入激发等离子体中的MHD不稳定性，等离子体中复杂的MHD不稳定性又会影响杂质穿透等离子体的过程以及杂质缓解破裂危害的效果。因此本文对J-TEXT(Joint Texas Experimental Tokamak)托卡马克装置上注入大量气体后激发的MHD不稳定性，及其伴随的冷却过程开展实验研究。
　　本文通过J-TEXT托卡马克上的大量气体注入(massive gas injection，MGI)系统和超声分子束注入(supersonic molecular beam injection，SMBI)系统开展一系列杂质气体注入实验，细致研究了杂质注入后等离子体中的磁扰动演化以及冷却过程。通过改变等离子体的放电参数以及注气量和注气种类，综合研究了等离子体边界安全因子、等离子体电子密度、杂质注入量和杂质气体种类对杂质注入后等离子体的MHD不稳定性演化和冷却过程的影响。
　　实验结果显示，大量氩气注入可以从边界到芯部冷却等离子体，冷却过程伴随着不同模式的磁流体不稳定性。当杂质穿过等离子体有理面时，会解稳相应的MHD模式；杂质注入后最先激发的磁扰动极向模数与等离子体边界安全因子、等离子体电子密度、注气量均相关，等离子体边界安全因子越高、电子密度越低、杂质注入量越少，杂质注入后最先激发的MHD极向模数就越接近等离子体最外层有理面的安全因子；否则最先激发的MHD模式可能是2/1模式。开展了两种情况下杂质穿透等离子体的对比实验，一种情况是杂质注入前等离子体中存在m/n=2/1撕裂模(m和n表示磁扰动的极向模数和环向模数)，另外一种情况是杂质注入前等离子体中无明显2/1撕裂模，但是杂质注入后能立刻激发2/1撕裂模，实验结果表明2/1撕裂模对杂质穿透过程和等离子体冷却过程有重要影响。通过MGI注入不同种类的杂质气体，对比了低Z(电荷数)杂质气体、高Z杂质气体以及混合气体注入等离子体后引发的冷却过程，发现冷却过程中磁扰动模式的增长与杂质冷却等离子体的快慢相关。此外，还给出了SMBI注入大量氩气后等离子体中的MHD模式演化和其中特有的等离子体二次冷却过程。上述研究结果对于理解杂质注入缓解破裂危害的物理过程和机制提供了重要参考。