（三）、反应扩散系统的基本实验装置

   研究化学反应扩散系统的图灵斑图最关键的试验装置是空间开放型反应器。1970年扎布廷斯基首先在皮氏培养皿中发现BZ反应的螺旋波斑图，在这之后，有关化学斑图动力学研究成果只限于定性描述同心波和螺旋波的暂态行为。既未发现新型的化学斑图，也没得出任何非平衡相变点附近系统所表现出的动力学共性。这是有原因的，这些实验都在封闭系统（皮氏培养皿）中进行的，封闭系统会自发向热力学平衡态移动，而斑图自组织要求远离热力学平衡态。后来的实验证明，BZ反应中发现的图灵斑图产生于流体的热效应，是瑞利-贝纳尔对流斑图的一种。

   设计空间开放型反应器的主要困难在于使系统远离热力学平衡态的同时，既要保证系统边界条件的均匀，又要保证系统中的斑图不受干扰。20世纪90年代初，法国的保尔帕斯卡和他的伙伴解决这个问题，设计出可行的反应扩散系统，推动了化学斑图动力学的发展，如图灵斑图的发现[7,8]，一维时空混沌的发现与研究[9]，螺旋波渐进态行为的系统研究[10,11]以及化学时空混沌等[12,13]。

    在反应扩散系统中的斑图动力学研究中，有两种振荡反应扩散系统在研究中起了重大作用。一种是CIMA反应系统，另一种是FIS反应系统。本文着重介绍前一种。CIMA反应系统是研究图灵斑图最理想的系统，由次氯酸—碘化物—丙二酸组成的体系。由于淀粉的分子量很大，相应的体积与其他小分子相比大很多，淀粉的扩散系数就很小接近于零，而这正是产生图灵斑图所要求，活化子的扩散系数远小于禁阻子的扩散系数。CIMA反应系统的活化子是碘离子，碘离子在碘分子的作用下很容易发生反应产生一种蓝色的复合物，反应方程式如下：   I- +I2  I-3      I-3 +S C 这里S，C分别表示淀粉和淀粉碘离子复合物。

    下面介绍一下图空间开放型反应器的示意图。图2.1(a)是一个直径为25mm,厚度为0.4~1.0mm的圆形状反应媒体，是反应器的核心部分。在CIMA系统中，反应介质是聚丙稀铣胺溶胶或聚乙烯醇溶胶。在FIS系统中，反应介质只能是聚丙烯酰胺溶胶。溶胶阻止反应介质对流过程的进行，但允许小分子扩散过程的进行，保证了媒介中只存在扩散过程。整个圆形反应媒体被放置于两个全混釜反应器（CSTR）中，见图2.1b，起着使反应介质的两个表面保持均匀并且远离热力学平衡态的作用。反应物A和B是不同的两种物质，在锥形瓶中不发生反应。反应物A和B在化学泵的作用下分别进入反应室A、B中（此时仍不发生反应），在通过扩散作用进入反应媒介，反应发生，自组织过程进行，形成某些特定的图灵斑图。