面向等离子体部件（plasma-facing components,PFCs）的燃料滞留测量一直是托卡马克装置中重要的研究领域,燃料滞留问题主要是低Z燃料元素滞留在第一壁上,影响材料的性能以及边界粒子再循环。激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）技术是一种利用激光烧蚀样品并得到光谱的元素探测技术。该技术可以很好地诊断PFCs中燃料滞留及元素分布。但目前LIBS技术对等离子体与壁材料相互作用（plasma-wall interaction,PWI）过程中的燃料滞留测量问题仍有一些挑战性问题需要解决。由于在托卡马克低气压环境下,激光烧蚀等离子体寿命短、膨胀快,时间和空间演化上呈现显著的不均匀性,尤其是针对燃料元素（如H、D等低Z元素）和壁材料元素（如W、Mo等高Z元素）的混合等离子体,其不同元素的时空演化规律更为复杂。这种元素演化不均性不仅影响LIBS定量精度,对信号收集系统以及元素定性研究也有直接的影响。所以开展LIBS等离子体的时空演化行为研究,深入的理解激光烧蚀等离子体的动力学演化过程,对开展的高精度燃料滞留定量测量具有十分重要的意义。本文针对上述问题,建立了基于阵列光纤收集的等离子体时空分辨同轴LIBS系统,在真空条件下开展不同高Z和低Z元素LIBS等离子体的动力学演化特研究。利用获得的LIBS光谱来诊断H、Ta、W、Th等元素的时空演化分布及特性,获得了不同延迟时间下的不同元素的等离子体发光尺寸,并研究等离子体电子激发温度和电子密度的时空演化特性。具体内容如下:1.建立了基于阵列光纤收集的LIBS等离子体时空演化研究系统。该诊断平台主要由激光器、控制时序触发系统、光路系统、光谱采集系统和真空腔室系统组成。该系统实现了同轴收集等离子体,通过阵列光纤的不同光纤通道实现等离子体的不同空间位置的收集,进而实现研究不同延迟下的等离子体空间演化特性,实验结果表明所建立的LIBS系统可对LIBS激光烧蚀等离子体实现时空分辨测量,等离子体空间分辨率约1mm,时间分辨率为100 ns-200 ns。2.研究了在真空条件下,纯Ta样品及滞留在样品表面的H元素的等离子体时空演化特性,高Z元素Ta和低Z元素H的谱线强度均呈现中心高边缘低的规律,并随着延迟时间的增加,谱线强度整体呈下降趋势,通过拟合计算表明,Ta等离子体发光尺寸约为6 mm,H等离子体的发光尺寸远大于6 mm。这是由于Ta和H原子的相对原子质量相差较大,H原子的膨胀速度显著大于Ta原子的膨胀速度。此外,通过玻尔兹曼斜率法计算得到的等离子体的电子激发温度和通过斯塔克展宽方法获得的电子密度也都呈现中心高边缘低的规律,且随着等离子体的膨胀呈下降趋势。3.研究了真空条件下,激光烧蚀纯钨（W）和钨钍合金（WTh）样品的等离子体时空演化规律。重点研究了W元素、Th元素、H元素的时空演化特性,以及合金基底元素对演化规律的影响。实验结果表明:H原子质量较小,在真空条件下膨胀较快,H等离子体的发光尺寸显著大于W、Th元素等离子体的发光尺寸。W和Th的相对原子质量比较相近,所以延迟时间在0-200 ns内,即等离子体膨胀的初期,时空演化规律较为相似,在200 ns后,W等离子体发光尺寸大于Th等离子体发光尺寸。纯W样品LIBS等离子体的电子激发温度略高于W合金样品的电子激发温度。通过空间分辨的等离子体电子激发温度与空间积分的等离子体电子激发温度的结果对比,发现空间积分后的等离子体电子激发温度接近等离子体中心区域的电子激发温度,即等离子体发光较强的区域对等离子体电子激发温度值的贡献更大。