項(xiàng)目名稱： 反應(yīng)擴(kuò)散體系中的斑圖形成若干實(shí)驗(yàn)研究

推薦單位： 北京市

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 我們的工作主要是從實(shí)驗(yàn)和理論上研究反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中的螺旋波形成、演化和失穩(wěn)機(jī)制.自從普利高津提出耗散結(jié)構(gòu)理論直至上世紀(jì)90年代初，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究一直處于初級(jí)階段。本項(xiàng)目成員在實(shí)驗(yàn)研究中最先解決了設(shè)備中的關(guān)鍵問題。并在此實(shí)驗(yàn)開發(fā)的基礎(chǔ)上，以化學(xué)反應(yīng)體系為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了螺旋波失穩(wěn)的不同途徑和失穩(wěn)機(jī)制，取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)。

（1）首先在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)螺旋波的長(zhǎng)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(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)體系，在非線性理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合上取得重要進(jìn)展（主要論著1，2）。

（2）首次在可激發(fā)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(jī)制，并驗(yàn)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(yàn)?zāi)Ｐ蜕系淖C據(jù)（主要論著3-5）。

（3）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中的隨機(jī)共振現(xiàn)象。指出這類共振產(chǎn)生于非線性系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)的選擇性反應(yīng)。這項(xiàng)工作將隨機(jī)共振的應(yīng)用范圍從時(shí)序系統(tǒng)推廣到時(shí)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(dòng)力學(xué)之間新的統(tǒng)計(jì)關(guān)系（主要論著8）。

（5）首次在存在控制參量梯度的三維反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)螺旋波的波長(zhǎng)分叉與線缺陷失穩(wěn)現(xiàn)象，并指出了波長(zhǎng)分叉與線缺陷產(chǎn)生的原因。這項(xiàng)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(shí)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(shí)空混沌的產(chǎn)生機(jī)制和動(dòng)力學(xué)行為是非線性科學(xué)的有待突破的課題，我們的研究成果很大地推動(dòng)了這個(gè)方向的研究進(jìn)程；從應(yīng)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(jī)制和控制途徑，對(duì)心顫研究有潛在的指導(dǎo)意義。該項(xiàng)目10篇代表性論文SCI累計(jì)總引用168次，其中SCI他引114次。研究期間的相關(guān)論文74篇被SCI總引用52篇，SCI累計(jì)總引用321次，其中SCI他引214次。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： 1、核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

首先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)漸近態(tài)螺旋波的各種失穩(wěn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開展了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)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(duì)其機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步闡明。從應(yīng)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(jī)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(shí)驗(yàn)依據(jù)，加深了對(duì)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(diǎn)：

（1）開發(fā)和改進(jìn)了空間反應(yīng)器。設(shè)計(jì)的空間開放型反應(yīng)器解決了研究漸近態(tài)斑圖動(dòng)力學(xué)行為的關(guān)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(jī)共振現(xiàn)象，提出了缺陷動(dòng)力學(xué)的隨機(jī)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(duì)螺旋波失穩(wěn)的各種控制方案進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)的探索（凝聚態(tài)理論，1405005）。

主要完成人： 歐陽頎

空間反應(yīng)器的設(shè)計(jì)；首次在反應(yīng)擴(kuò)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(duì)其作了系統(tǒng)研究，其中包括長(zhǎng)波失穩(wěn)、多普勒失穩(wěn)、三維梯度失穩(wěn)等。對(duì)各種機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步理論上的闡明。發(fā)現(xiàn)了時(shí)空隨機(jī)共振現(xiàn)象。本人在該項(xiàng)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(yīng)擴(kuò)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(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的50％以上。

周路群

反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中噪聲的實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)了時(shí)空隨機(jī)共振現(xiàn)象。協(xié)助完成對(duì)螺旋波失穩(wěn)的研究。本人在該項(xiàng)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）。