托卡马克中的边界局域模(ELM)在未来的大型托卡马克装置运行时会给偏滤器靶板带来极大的损害,成为限制托卡马克稳态运行的一大重要因素。已有实验证实,共振磁扰动(RMP)可以有效缓解甚至抑制边界局域模,从而直接降低偏滤器靶板的负荷,为大型托卡马克的高约束运行提供了有力保证。外加磁扰动在与等离子的作用过程中存在着十分丰富的物理现象,如:等离子体对外加磁场的屏蔽和放大效应、等离子体边缘旋转剪切的变化、等离子体边缘三维波纹的产生、等离子体压强台基高度与宽度的变化等等,这些现象都直接或间接会对等离子体的不稳定性和托卡马克整体约束产生影响。因此,三维磁扰动对等离子体影响的进一步研究,将在今后的大型装置中对RMP的实际应用提供物理指导。本文从单粒子直接损失、剥离气球模不稳定性和非理想气球模不稳定性三个方面探索了托卡马克中外加三维磁扰动对等离子体的影响。在单粒子直接损失模拟中,我们发现扰动磁场与平衡磁场的共振、扰动磁场与离子轨道的共振以及离子反向通行轨道向捕获轨道的转换是RMP引发高能离子直接损失的三种基本机制。模拟首先通过Grad-Shafranov方程计算耦合了等离子体内部磁场和真空外部磁场,并在完整的解析磁场位形中加入了真空场的共振磁扰动,得到了具有完整磁岛结构和磁岛重叠随机层的磁场位形;然后运用哈密顿理论计算了高能离子在RMP作用下的离子真实轨道,发现RMP会引起离子轨道在径向发生周期性的漂移,且漂移周期的大小和径向漂移距离与RMP的共振机制相关:当RMP与离子轨道发生共振时,离子漂移周期和径向漂移距离较大;当RMP与平衡磁场共振时,离子漂移周期和径向漂移距离较小;此外,RMP还可以导致离子轨道类型发生变化,并且反向通行轨道向捕获轨道的转变可以引起托卡马克芯部等离子体的损失。此外,我们还计算了离子直接损失率的变化,及离子直接损失在初始倾角-径向位置平面的分布,分析发现离子在弱场侧的直接损失率明显高于强场侧,弱场侧的损失机制主要为RMP导致的离子轨道转换和扰动磁场与离子轨道的共振,强场侧的损失机制则主要为RMP引发的随机损失,即扰动磁场与平衡磁场的共振。由于实验中的离子分布剖面在等离子体边缘附近密度很小,所以RMP引发的离子直接损失主要源于扰动磁场与离子轨道的共振以及离子反向通行轨道向捕获轨道的转换。在剥离气球模不稳定性模拟中,我们使用环向均匀的磁扰动来排除磁场共振结构对不稳定性的影响,发现磁场的非共振分量也可以缓解剥离气球模不稳定性,其缓解机制为湍流输运阶段的多模相互作用。研究在模拟边界局域模的BOUT++三场方程中加入了环向均匀的扰动磁场,模拟了磁扰动对ELM的缓解过程:在边界局域模不稳定性增长的线性阶段,外加磁扰动不会影响其线性增长率,因为环向均匀磁扰动不会使平衡产生类似磁岛的结构,且其幅值较小,不足以改变等离子体压强和平行电流剖面;而在ELM崩塌的非线性阶段,外加磁扰动对边界局域模起到了一定的缓解作用,通过模式分析发现,磁扰动可以引发等离子体中的多模竞争,从而使等离子体的湍流输运减弱,ELM能量和粒子损失降低。进一步分析发现,等离子体中湍流输运减弱的原因在于外加磁扰动对平行梯度算子的改变使等离子体边缘×剪切率增大,增大的×剪切率抑制了ELM非线性演化过程中的湍流输运。在等离子体对RMP响应的模拟中发现,等离子体的屏蔽效应会阻止磁岛结构的形成,本研究证明,即使没有磁岛等共振结构存在,外加磁扰动也可以缓解边界局域模。在非理想气球模不稳定性模拟中,我们发现,电阻气球模去稳的机制是电阻使磁力线弯曲项(field line bending term)对低n模的稳定作用减弱;同时发现,共振磁扰动对非理想气球模不稳定性的影响存在阈值效应。研究从简化的三场磁流体方程开始,推导了包含电阻效应和逆磁效应的气球模本征方程,RMP对气球模的影响从理想情况扩展到了非理想情况。通过分析发现,首先,只要RMP产生的扰动磁场可以渗透到托卡马克等离子体的有理面上,RMP将使理想气球模变得不稳定。其次,电阻效应可以使气球模去稳,其物理机制是电阻作用在磁力线弯曲项上使磁力线弯曲项对气球模的低n至中n模式的稳定作用减弱,所以,在电阻增大时,气球模的低n至中n模式的增长率也变大,即气球模不稳定性与等离子体边缘电阻密切相关。再者,随着增大,电阻气球模从具有高n模式的小尺度的波动,发展成低n至中n的MHD不稳定性,这意味着电阻气球模可能用于解释实验中发现的具有高的边缘碰撞率的II型ELM。此外,RMP的幅值对气球模的不稳定性的影响存在阈值效应:当电阻较大时,阈值效应来源于平均磁剪切与RMP产生的局域剪切修正之间的竞争;当电阻较小时,阈值效应主要由电阻决定。这意味着,当有外部共振磁扰动加入时,如果RMP的幅值较大,超过阈值,但还不至于触发锁模,那么,RMP将对等离子体起稳定作用。所以,在气球模不稳定性分析中,需要同时考虑等离子体的电阻效应和RMP对局域磁剪切的修正作用。通过以上模拟分析,我们发现了外加磁扰动在单粒子直接损失、剥离气球模不稳定性和非理想气球模不稳定性几个方面对等离子体约束及不稳定性产生的不同影响,此研究结果可能为实验中的共振磁扰动缓解边界局域模现象提供物理参考。