托卡马克装置中,起弧是等离子体与壁相互作用的关键问题之一,一方面起弧可腐蚀壁材料表面,影响壁材料使用寿命,另一方面,由起弧产生的杂质可进入等离子体,影响等离子体运行。随着高Z金属壁材料的应用和等离子体加热功率的提高,由起弧引起的腐蚀所产生的杂质对等离子体性能的影响越来越大。本文首先利用COMSOL程序模拟分析了托卡马克装置面对等离子体部件表面起弧过程中弧坑的形成及演化过程,并通过实验观测分析了 AUG托卡马克装置电弧触发的影响因素和EAST装置起弧对第一壁材料的腐蚀行为。采用COMSOL软件对托卡马克壁材料(W、Mo、Cu、Al)表面起弧过程中弧坑的形成及演化过程进行了模拟分析。依据真空电弧阴极斑点理论及实验,设置真空电弧能流密度为～1012 W/m2和电弧压力为～108 Pa。结果发现,钨(W)阴极在电弧能流密度为3×1012 W/m2和压力为8×1 08 Pa载荷情况下,W电弧坑的最高温度可以达到11000 K,金属射流的速度可以达到220 m/s,载荷加载约28 ns秒后,可形成半径约3 μm,深度约1.1 μm的弧坑,其熔融体积达15 μm3左右。铜材料熔坑在不同能流密度和电弧压力情况下,演化不同:一方面,随着能流密度增加,熔坑附近温度、弧坑半径和深度也增加,金属射流直径更大,但射流长度变短;另一方面,随着电弧压力的增加,熔坑附近温度降低,但熔融体积变大,金属液滴更容易形成,且呈细长状。同时,在相同的压力及能流密度下不同材料电弧坑的演化不同:难熔金属W、Mo的最高温度比Cu和A1高,A1材料金属射流比其他材料更为显著,且具有非常高的速度。在AUG装置上,依托其高时空分辨成像系统等,开展了电弧触发影响因素的分析研究。首先,利用Python-Opencv自主设计了电弧识别程序,通过背景减除算法去除背景等离子体的影响,结合电弧轨迹在高速成像系统中的图形特征,自动筛选出电弧产生的时刻。然后,结合AUG中丰富的等离子体诊断数据(加热功率、ELMs等),分析研究了等离子体参数对电弧触发的影响。结果发现,随着NBI加热功率的提高,电弧产生明显增多。在H模放电过程中,发现每个ELM对应的电弧数量随ELMs频率的增加而减少,每个ELM对应的电弧数量随ELMs强度增加而逐渐增加。ELMs期间的等离子体参数演变对电弧有很大影响,如高场侧高密度区(HFSHD)的存在,提高了观测区域的等离子体密度和辐射强度,使电弧产率增加。最后,利用高速红外相机观测到当下外打击点剧烈下移出靶板范围后,出现很多电弧存在痕迹,结合成像系统的时空分辨,可以计算出电弧的运动速度约100 m/s。在EAST托卡马克装置中,利用装置中的MAPES平台设计并开展了具有不同表面特性的W样品诱导起弧实验。采用在W表面镀膜的形式来模拟沉积层的影响,并考虑了 W表面纳米丝(nanostructured)结构的影响。通过EAST边缘等离子体辐照后,仅在纳米丝状结构W样品表面检测到电弧痕迹,表明纳米丝结构更有利于触发电弧。分析发现在起弧过程中产生了两种强度不同的电弧痕迹:较深的电弧熔坑,表面的纳米丝层完全被熔化,并深入到底部的W块;较浅的痕迹显示只有部分纳米丝层被熔化。此外,通过检测EAST几轮实验结束后其面向等离子体部件的表面,发现两种典型的电弧:(i)通过磁力线连接到刮削层(SOL)等离子体部件表面上的电弧,(ii)偏远区域的电弧,即受限制器或者其他部件保护的区域,远离刮削层等离子体。简要分析了这两种电弧腐蚀效果,及其对装置和等离子体可能的影响:产生于低杂波天线上的(i)类电弧烧蚀天线表面,其产生的铜液滴进入等离子体中,极大的增加了等离子体中的杂质,甚至会引起等离子体破裂。(ii)类电弧对材料的损伤非常轻,产生的杂质相应也会很少。