实现核聚变产能需要有效地约束高能量离子,特别是聚变α离子。聚变离子可用于维持反应堆自持燃烧,而高能量离子的大量损失也将造成装置第一壁严重损坏。因此,在现有托卡马克聚变装置上,开展高能量离子的分布、约束及其与等离子体相互作用的实验研究十分必要。研究高能量离子的最终目的是实现在未来聚变堆装置中对高能量离子的有效控制。本论文的工作包括:在EAST托卡马克装置上研发了用于探测离子回旋辐射的诊断系统,开展了高能量离子激发离子回旋辐射的物理机制研究,通过数值模拟分析了 ASDEX Upgrade托卡马克装置上的离子回旋辐射实验结果。离子回旋辐射的本质是被高能量离子激发的电磁波,这种电磁辐射携带了大量高能量离子的信息。所以可通过研究离子回旋辐射研究高能量离子的分布、约束和输运等现象。在EAST托卡马克装置上,基于装置的特有物理要求、实验条件和工程约束条件,结合现有的诊断系统和中性束注入系统,设计了一套同时具有分析离子回旋辐射信号强度和离子回旋辐射频谱分布的高频磁探针诊断系统。该诊断系统的核心部件是磁探针,基于离子回旋辐射信号强度比较弱的特征,设计了面积较大的矩形（20 cm×10 cm）磁线圈,磁线圈所在平面垂直于环向磁场。在信号处理方面,应用频谱仪分析离子回旋辐射的频谱分布,应用100 kHz/s采集速度的NI-6353采集卡分析离子回旋辐射信号强度随时间的变化。该诊断系统于2017年秋完成设计、安装与调试,2018年春首次投入EAST实验,得到了很好的实验结果。在EAST托卡马克装置上,伴有中性束注入的等离子体放电实验中,观测到了多种类型的离子回旋辐射现象。实验研究发现,在L-mode和H-mode放电的等离子体中,均同时存在从等离子体芯部和边界激发的离子回旋辐射。L-mode等离子体放电中,发现离子回旋辐射的种类和中性束注入的角度及位置的关系密切;芯部离子回旋辐射强度和中子辐射信号强度变化趋势一致,间接证明了驱动芯部离子回旋辐射的高能量离子可能包含聚变离子。在H-mode等离子体中,发现边界局域模的爆发可能会改变台基区的等离子体密度和高能量离子的分布,从而影响离子回旋辐射信号强度变化;在无边界局域模放电中,不仅发现了和氢离子基频/氘离子二次谐频一致的芯部离子回旋辐射,还发现了氚离子基频和二次谐频相对应的离子回旋辐射信号,这种现象也证明了聚变离子可在EAST装置上激发离子回旋辐射。此外,还发现了 EAST装置特有的离子回旋辐射现象:1.在等离子体破裂时成功测量到离子回旋辐射,整个放电过程没有中性束或离子回旋波加热,且离子回旋辐射频率和等离子体中氘离子（主等离子体）的共振频率一致;2.在中性束注入结束后的1秒时间内仍测量到了边界氚离子激发的离子回旋辐射,这期间仅有欧姆加热和4.6 GHz低杂波加热;3.低杂波加热可影响离子回旋辐射信号强度和频谱。在ASDEX Upgrade装置上研究了氢中性束注入氦等离子体的实验结果。在实验研究中发现了中性束注入的高能量氢粒子在芯部激发的离子回旋辐射的幅值变化:1.中性束注入的高能量粒子能量越高,激发离子回旋辐射的强度越强;2.基频的信号强度比二次谐频信号强一个量级;3.离子回旋辐射信号在中性束注入系统停止后迅速消失（1 ms-3 ms）,消失的时间远小于高能量离子的慢化时间。应用大型模拟程序TRANSP,模拟出高能量离子在等离子体中的能量分布,应用高能量离子的能量分布,基于磁声回旋不稳定性理论（等离子体中的高能量离子和快阿尔芬波相互作用并将能量从高能量离子传给波而引起的一种不稳定性）,成功论证了 ASDEX Upgrade装置上的离子回旋辐射是由磁声回旋不稳定性引起的。同时证明了中性束离子速度和速度分布的微小变化对离子回旋辐射强度都有巨大的影响。