项目名称： 反应扩散体系中的斑图形成若干实验研究

推荐单位： 北京市

项目简介： 我们的工作主要是从实验和理论上研究反应扩散系统中的螺旋波形成、演化和失稳机制.自从普利高津提出耗散结构理论直至上世纪90年代初，由于实验设备的限制，该领域的实验研究一直处于初级阶段。本项目成员在实验研究中最先解决了设备中的关键问题。并在此实验开发的基础上，以化学反应体系为研究对象，系统地研究了螺旋波失稳的不同途径和失稳机制，取得了一系列重要发现。

（1）首先在实验中发现螺旋波的长波失稳现象，指出这类失稳是理论研究者已知的Eckhaus失稳。首次找到著名金兹伯格-郎道方程在反应扩散系统中对应的实验体系，在非线性理论与实验结合上取得重要进展（主要论著1，2）。

（2）首次在可激发系统的实验中先后发现了螺旋波的多普勒失稳和梯度失稳，分别提出了其失稳机制，并验证了抑制其失稳的控制方案。为心脏病中心颤现象的理论解释提供了试验模型上的证据（主要论著3-5）。

（3）在实验中发现反应扩散系统中的随机共振现象。指出这类共振产生于非线性系统对外界扰动的选择性反应。这项工作将随机共振的应用范围从时序系统推广到时空系统（主要论著6，7）。

（4）首次研究了系统外噪音与螺旋波缺陷湍流的相互作用，发现了色噪声与缺陷产生动力学之间新的统计关系（主要论著8）。

（5）首次在存在控制参量梯度的三维反应扩散系统中发现螺旋波的波长分叉与线缺陷失稳现象，并指出了波长分叉与线缺陷产生的原因。这项研究为心脏病中心颤现象的理论解释提供了更加切合实际的模型（主要论著9，10）。

从理论研究角度看，研究高维系统时空混沌的产生机制和动力学行为是非线性科学的有待突破的课题，我们的研究成果很大地推动了这个方向的研究进程；从应用角度看，我们的研究成果系统地刻画了螺旋波的失稳机制和控制途径，对心颤研究有潜在的指导意义。该项目10篇代表性论文SCI累计总引用168次，其中SCI他引114次。研究期间的相关论文74篇被SCI总引用52篇，SCI累计总引用321次，其中SCI他引214次。

主要发现点： 1、核心发现点：

首先在实验上发现渐近态螺旋波的各种失稳现象，并对实验现象开展了系统的研究。发现了长波失稳、多普勒失稳和三维梯度失稳等一系列螺旋波失稳，并对其机制进行进一步阐明。从应用方面看为心脏病中的心颤致死现象提供了理论解释和可能的控制机制；从理论方面看为研究空间延展系统中的斑图自组织提供了实验依据，加深了对这类自然现象的理解（见主要论著1-5；9、10）（凝聚态理论，1405005）。

2、其他重要发现点：

（1）开发和改进了空间反应器。设计的空间开放型反应器解决了研究渐近态斑图动力学行为的关键问题（见主要论著1-5，9，10）（凝聚态理论，1405005）。

（2）发现了空间延展系统中的新的随机共振现象，提出了缺陷动力学的随机模型，并得到了具有普遍意义的缺陷分布函数（见主要论著6-8）（凝聚态理论，1405005）。

（3）对螺旋波失稳的各种控制方案进行了理论与实验的探索（凝聚态理论，1405005）。

主要完成人： 欧阳颀

空间反应器的设计；首次在反应扩散系统中发现渐近态螺旋波斑图的一系列失稳现象并对其作了系统研究，其中包括长波失稳、多普勒失稳、三维梯度失稳等。对各种机制进行进一步理论上的阐明。发现了时空随机共振现象。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的80％（见主要论著1-5、7、9-10）。

王宏利

反应扩散系统中的噪声的理论研究。研究了缺陷混沌与噪声的相互作用，得到了普遍的分布函数（见主要论著8）。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的50％以上。

周路群

反应扩散系统中噪声的实验研究。发现了时空随机共振现象。协助完成对螺旋波失稳的研究。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的50％（见主要论著1、2、6、7、9）。