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中的螺旋波形成、演化和失穩機制.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。并在此實驗開發的基礎上，以化學反應體系為研究對象，系統地研究了螺旋波失穩的不同途徑和失穩機制，取得了一系列重要發現。

（1）首先在實驗中發現螺旋波的長波失穩現象，指出這類失穩是理論研究者已知的Eckhaus失穩。首次找到著名金茲伯格-郎道方程在反應擴散系統中對應的實驗體系，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）首次在可激發系統的實驗中先后發現了螺旋波的多普勒失穩和梯度失穩，分別提出了其失穩機制，并驗證了抑制其失穩的控制方案。為心臟病中心顫現象的理論解釋提供了試驗模型上的證據（主要論著3-5）。

（3）在實驗中發現反應擴散系統中的隨機共振現象。指出這類共振產生于非線性系統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推廣到時空系統（主要論著6，7）。

（4）首次研究了系統外噪音與螺旋波缺陷湍流的相互作用，發現了色噪聲與缺陷產生動力學之間新的統計關系（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中發現螺旋波的波長分叉與線缺陷失穩現象，并指出了波長分叉與線缺陷產生的原因。這項研究為心臟病中心顫現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，研究高維系統時空混沌的產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地刻畫了螺旋波的失穩機制和控制途徑，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。

主要發現點： 1、核心發現點：

首先在實驗上發現漸近態螺旋波的各種失穩現象，并對實驗現象開展了系統的研究。發現了長波失穩、多普勒失穩和三維梯度失穩等一系列螺旋波失穩，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中的斑圖自組織提供了實驗依據，加深了對這類自然現象的理解（見主要論著1-5；9、10）（凝聚態理論，1405005）。

2、其他重要發現點：

（1）開發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斑圖動力學行為的關鍵問題（見主要論著1-5，9，10）（凝聚態理論，1405005）。

（2）發現了空間延展系統中的新的隨機共振現象，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（見主要論著6-8）（凝聚態理論，1405005）。

（3）對螺旋波失穩的各種控制方案進行了理論與實驗的探索（凝聚態理論，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中發現漸近態螺旋波斑圖的一系列失穩現象并對其作了系統研究，其中包括長波失穩、多普勒失穩、三維梯度失穩等。對各種機制進行進一步理論上的闡明。發現了時空隨機共振現象。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（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

反應擴散系統中噪聲的實驗研究。發現了時空隨機共振現象。協助完成對螺旋波失穩的研究。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）。