Propagation of Waves of Chemical Activity in Stratified Media

化学活性波在分层介质中的传播

基本信息

项目摘要

John Tyson is supported by a grant from the Theoretical and Computational Chemistry Program to perform theoretical studies of propagating waves of chemical activity in stratified media. In collaboration with Pavel K. Brazhnik, Tyson will study wave propagation in media with stratified inhomogeneities attempting to characterize the reflection and refraction of traveling waves at boundaries between layers. The study will be carried out by analytical, numerical, and experimental techniques. Analysis will be done by two complementary methods: the kinematic approach, and singular perturbation theory. Numerical simulation will also exploit complementary methods: standard finite-difference approximations to partial differential equations, and cellular automaton modeling of excitable media. The analytical and numerical results will be compared with experimental observations of wave propagation in a stratified chemical excitable medium, the Belousov-Zhabotinsky reaction. Traveling waves of chemical reaction are unusual but not uncommon occurrences in the natural world. Examples abound in combustion chemistry, catalytic converters, waves of membrane depolarization propagating through muscle tissue, waves of cyclic AMP production in slime mold growth, and a prominent Calcium wave signaling the fertilization of an egg by sperm. Chemical wave propagation has been studied for many years in homogeneous, isotropic media. Tyson's work would be the first attempt to study wave propagation in media with stratified inhomogeneities which are more realistic mimics of important biological systems.
约翰·泰森得到了理论和计算科学基金会的资助。 化学程序进行理论研究的传播波的 分层介质中的化学活性。 与Pavel K合作。 Brazhnik,Tyson将研究分层介质中的波传播 试图描述反射和折射的不均匀性 层与层之间的边界处的行波。 本研究将 通过分析,数值和实验技术进行。 分析将通过两种互补的方法进行:运动学 方法和奇异摄动理论。 数值模拟将 还利用补充方法:标准有限差分法 偏微分方程的近似和元胞自动机 可激发介质的建模 分析和数值结果将 与实验观测波传播在一个 层状化学可激发介质,别洛乌索夫-扎博廷斯基反应。 化学反应的行波是不常见的,但并不罕见 发生在自然界中。 燃烧的例子比比皆是 化学,催化转化器,膜去极化波 通过肌肉组织传播, 黏菌生长,和一个突出的钙波信号, 精子使卵子受精。 化学波的传播 在均匀各向同性介质中研究了多年。 Tyson的工作 将是第一次尝试研究波在介质中的传播, 分层的不均匀性,这是更现实的模仿重要的 生物系统。

项目成果

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