項目名稱： 反應擴散體系中的斑圖形成若干實驗研究

推薦單位： 北京市

項目簡介： 我們的工作主要是從實驗和理論上研究反應擴散系統(tǒng)中的螺旋波形成、演化和失穩(wěn)機制.自從普利高津提出耗散結構理論直至上世紀90年代初，由于實驗設備的限制，該領域的實驗研究一直處于初級階段。本項目成員在實驗研究中最先解決了設備中的關鍵問題。并在此實驗開發(fā)的基礎上，以化學反應體系為研究對象，系統(tǒng)地研究了螺旋波失穩(wěn)的不同途徑和失穩(wěn)機制，取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)。

（1）首先在實驗中發(fā)現(xiàn)螺旋波的長波失穩(wěn)現(xiàn)象，指出這類失穩(wěn)是理論研究者已知的Eckhaus失穩(wěn)。首次找到著名金茲伯格-郎道方程在反應擴散系統(tǒng)中對應的實驗體系，在非線性理論與實驗結合上取得重要進展（主要論著1，2）。

（2）首次在可激發(fā)系統(tǒng)的實驗中先后發(fā)現(xiàn)了螺旋波的多普勒失穩(wěn)和梯度失穩(wěn)，分別提出了其失穩(wěn)機制，并驗證了抑制其失穩(wěn)的控制方案。為心臟病中心顫現(xiàn)象的理論解釋提供了試驗模型上的證據(jù)（主要論著3-5）。

（3）在實驗中發(fā)現(xiàn)反應擴散系統(tǒng)中的隨機共振現(xiàn)象。指出這類共振產(chǎn)生于非線性系統(tǒng)對外界擾動的選擇性反應。這項工作將隨機共振的應用范圍從時序系統(tǒng)推廣到時空系統(tǒng)（主要論著6，7）。

（4）首次研究了系統(tǒng)外噪音與螺旋波缺陷湍流的相互作用，發(fā)現(xiàn)了色噪聲與缺陷產(chǎn)生動力學之間新的統(tǒng)計關系（主要論著8）。

（5）首次在存在控制參量梯度的三維反應擴散系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)螺旋波的波長分叉與線缺陷失穩(wěn)現(xiàn)象，并指出了波長分叉與線缺陷產(chǎn)生的原因。這項研究為心臟病中心顫現(xiàn)象的理論解釋提供了更加切合實際的模型（主要論著9，10）。

從理論研究角度看，研究高維系統(tǒng)時空混沌的產(chǎn)生機制和動力學行為是非線性科學的有待突破的課題，我們的研究成果很大地推動了這個方向的研究進程；從應用角度看，我們的研究成果系統(tǒng)地刻畫了螺旋波的失穩(wěn)機制和控制途徑，對心顫研究有潛在的指導意義。該項目10篇代表性論文SCI累計總引用168次，其中SCI他引114次。研究期間的相關論文74篇被SCI總引用52篇，SCI累計總引用321次，其中SCI他引214次。

主要發(fā)現(xiàn)點： 1、核心發(fā)現(xiàn)點：

首先在實驗上發(fā)現(xiàn)漸近態(tài)螺旋波的各種失穩(wěn)現(xiàn)象，并對實驗現(xiàn)象開展了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)了長波失穩(wěn)、多普勒失穩(wěn)和三維梯度失穩(wěn)等一系列螺旋波失穩(wěn)，并對其機制進行進一步闡明。從應用方面看為心臟病中的心顫致死現(xiàn)象提供了理論解釋和可能的控制機制；從理論方面看為研究空間延展系統(tǒng)中的斑圖自組織提供了實驗依據(jù)，加深了對這類自然現(xiàn)象的理解（見主要論著1-5；9、10）（凝聚態(tài)理論，1405005）。

2、其他重要發(fā)現(xiàn)點：

（1）開發(fā)和改進了空間反應器。設計的空間開放型反應器解決了研究漸近態(tài)斑圖動力學行為的關鍵問題（見主要論著1-5，9，10）（凝聚態(tài)理論，1405005）。

（2）發(fā)現(xiàn)了空間延展系統(tǒng)中的新的隨機共振現(xiàn)象，提出了缺陷動力學的隨機模型，并得到了具有普遍意義的缺陷分布函數(shù)（見主要論著6-8）（凝聚態(tài)理論，1405005）。

（3）對螺旋波失穩(wěn)的各種控制方案進行了理論與實驗的探索（凝聚態(tài)理論，1405005）。

主要完成人： 歐陽頎

空間反應器的設計；首次在反應擴散系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)漸近態(tài)螺旋波斑圖的一系列失穩(wěn)現(xiàn)象并對其作了系統(tǒng)研究，其中包括長波失穩(wěn)、多普勒失穩(wěn)、三維梯度失穩(wěn)等。對各種機制進行進一步理論上的闡明。發(fā)現(xiàn)了時空隨機共振現(xiàn)象。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的80％（見主要論著1-5、7、9-10）。

王宏利

反應擴散系統(tǒng)中的噪聲的理論研究。研究了缺陷混沌與噪聲的相互作用，得到了普遍的分布函數(shù)（見主要論著8）。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的50％以上。

周路群

反應擴散系統(tǒng)中噪聲的實驗研究。發(fā)現(xiàn)了時空隨機共振現(xiàn)象。協(xié)助完成對螺旋波失穩(wěn)的研究。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的50％（見主要論著1、2、6、7、9）。