边界局域模(Edge localized mode，ELM)是等离子体进入高约束模式时在等离子体边界反复产生的一种宏观磁流体不稳定性，它对等离子体能量的约束以及装置材料都会产生极大影响。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Testing Rector，CFETR)作为目前提出的中国下一代聚变反应堆装置，它的一个主要目标是实现燃烧等离子体的高参数稳态运行。因此，幅度小且又能满足等离子体向外输运需求的草型边界局域模(Grassy ELM)是一种潜力很大的高约束模式运行备选方案。本文即是围绕ELM物理研究及探索CFETR无ELM或小ELM运行方案展开。
　　建立自洽的平衡是实现可靠的边界稳定性分析的第一步。利用EPED与TGYRO分别演化等离子体芯部与台基区的参数剖面，通过线性拟合的方法将这两部分结合在一起。然后代入到ONETWO、TGYRO、EFIT循环当中，直至收敛。最终得到的自洽的芯部-台基耦合的平衡能使计算结果更真实准确。同时也尝试使用EPED-NN通过神经网络方法来减少集成模拟所需的时间(<1s)，但输入参数超过机械学习的训练范围后计算结果与实际情况会产生明显差别。
　　基于剥离气球模理论(Peeling-Ballooning theory)，主要使用ELITE和BOUT++对CFETR的平衡进行不稳定性分析。首先对ELITE及BOUT++、GATO、NIMROD等计算等离子体宏观不稳定性的模拟程序进行对比校验工作，以保证ELITE及BOUT++计算结果的准确性及正确性。之后对拉长比、三角度等位型参数与边界局域模的关系进行研究，并为CFETR探索有效电荷数及台基顶密度的优化区间。接着通过ELITE描绘出CFETR剥离气球模边界，与实验中低(高)环向模数的不稳定性在剥离(气球)模边界占主导的结果一致。同时，也通过BOUT++发现了逆磁效应、剪切流、电阻率等非理想效应对不同环向模数的不稳定性的影响。
　　此外，使用BOUT++对不同参数条件下的等离子体进行了非线性模拟研究，发现高极向比压βp(~2)下在一定的台基顶电子碰撞率范围(0.3-0.7)中存在草型ELM运行的窗口，这与之前实验中展示的结果类似。利用EPED和BOUT++，首次给出了定量解释与实验结果相符的草型边界局域模特征的理论模型。在通过扫描密度得到的剥离气球模边界上，密度的变化使碰撞率改变从而影响台基自举电流，高极向比压βp引起较大的Shafranov位移也会使流体面平均压强驱动受到影响。这两种机制的共同作用使不稳定性在中等碰撞率区间里存在剥离模占主导的窗口，而在这个窗口中边界局域模坍塌的非线性演化过程里出现了循环恢复的现象，也就是草型边界局域模的特征。高极向比压βp时低环向模数的扭曲剥离不稳定性(kink-peeling instability)在超过一定电流阈值时快速增长，超过不稳定性边界后又因为剖面的坍塌被迅速抑制，这很好地解释了边界局域模坍塌后迅速恢复的现象，而这种现象不会在气球模占主导的区域发生。